專利名稱：低推力波動直線永磁同步電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于低推力波動直線永磁同步電機，屬于電機領域。
背景技術：
推力波動是直線電機振動與噪音產生的原因，特別是在低速運行時，還可能引起共振，從而惡化其伺服運行特性。直線電機推力波動的產生有多種成因，其中包括由于端部效應和齒槽效應引起的推力波動，直線電機制造精度對直線電機推力輸出的影響，以及相電流整流波形與線圈不匹配而引起直線電機的推力輸出發(fā)生變化。對于永磁直線電機，由于初級鐵心縱向端部及定子永磁體的存在，即使在電機繞組在不通電的情況下，也存在著明顯的縱向端部效應力，稱為端部定位力Fmd，它是引起推力特性波動的主要成分，如圖12所示，在初級鐵心2兩個端部存在明顯的端部效應。端部定位力Fmd與初級鐵心2幾何尺寸和繞組結構、電機極距、永磁體極寬等諸多因素相關，是極距的周期函數(shù)，其幅值主要取決于極距與有效氣隙的比值，與直線電機驅動電流無關?？梢酝ㄟ^改變初級鐵心的長度及端部形狀，使得通過氣隙進入繞組鐵心的勵磁磁通保持較好的一致性，從而使得端部定位力Fmd降低。永磁同步直線電機的初級鐵心使用開槽硅鋼疊片聚合磁路。導磁介質的不連續(xù)使電機的氣隙磁場在空間上沿縱向分布不均勻，在不同的縱向位置上通過氣隙進入電機初級鐵心的磁通有所不同，從而產生齒槽定位力Fsl。t，并引起推力波動。Fsl。t與齒距密切相關， 是齒距的周期函數(shù)，與直線電機驅動電流無關。理論上可以通過合理選擇極槽配合、初級斜槽、次級永磁體斜極、優(yōu)化永磁體寬度與齒槽形狀等方法減小齒槽定位力Fsl。t。上述每種方法都可在一定程度上顯著地抑制推力波動。但是，即使同時采用上述方法，也不可能完全消除由于電機結構帶來的推力波動，同時還可能增加加工成本及降低電機有效推力。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有的低推力直線電機存在的波動問題，本發(fā)明提出一種低推力波動直線永磁同步電機。本發(fā)明所述的低推力波動直線永磁同步電機包括初級、次級和氣隙，次級包括次級永磁體和磁軛，初級包括電樞鐵心和電樞繞組，其特征在于，所述初級還包括兩塊初級永磁體；所述兩塊初級永磁體分別粘貼固定在電樞鐵心的前后兩端，每塊初級永磁體所產生的磁場與其相對的次級永磁體陣列所產生的磁場相互作用，進而使初級的兩端產生與運動方向平行的力，并且，位于兩端的兩塊初級永磁體所產生的力的方向相對或者相背，并且相互抵消。本發(fā)明所述的低推力波動直線永磁同步電機可以是圓筒形直線電機，還可以是平板形直線電機，所述平板形直線電機可以是單邊結構或雙邊結構。
本發(fā)明通過在初級鐵心端部附加永磁體，使初級永磁體產生的磁場與次級永磁體產生的磁場相互作用，達到電機前后端部作用力相互抵消的目的，從而消除了端部定位力， 同時，還可以減小初級端部磁場與中間磁場的不平衡，減小了初級兩端繞組產生的電動勢與中間繞組產生的電動勢的差，從而減小了電磁力波動。


圖1是具體實施方式
二所述的一種單邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。圖2是具體實施方式
二所述的一種圓筒形結構的低推力波動直線永磁同步電機的軸向剖面圖。圖3是圖2的側視圖。圖具體實施方式
九所述的一種單邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。圖具體實施方式
九所述的一種雙邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。圖6是具體實施方式
九所述的一種圓筒形結構的的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。圖7是具體實施方式
十所述的一種單邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。圖8是具體實施方式
五所述的一種單邊結構的平板直線電機的的結構示意圖。圖9是具體實施方式
四所述的一種單邊平板結構的直線電機的結構示意圖。圖10是具體實施方式
六所述的一種單邊結構的電樞繞組粘貼固定在電樞鐵心面向氣隙側的結構。圖11是具體實施方式
六所述的一種雙邊結構的電樞繞組粘貼固定在電樞鐵心面向氣隙側的結構。圖12是低推力直線永磁同步電機工作時的端部定位力Fmd和齒槽定位力Fsl。t的方向示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、本實施方式所述的低推力波動直線永磁同步電機，包括初級、次級和氣隙，次級包括次級永磁體4和磁軛5，初級包括電樞鐵心2和電樞繞組3，其特征在于，所述初級還包括兩塊初級永磁體1 ；所述兩塊初級永磁體1分別粘貼固定在電樞鐵心2 的前后兩端，每塊初級永磁體1所產生的磁場與其相對的次級永磁體陣列所產生的磁場相互作用，進而使初級的兩端產生與運動方向平行的力，并且，位于兩端的兩塊初級永磁體1 所產生的力的方向相對或者相背，并且相互抵消。本實施方式中，在初級鐵心的兩端增加初級永磁體1，使初級鐵心的兩端有對電樞鐵心吸引或者排斥的力，進而達到抑制初級鐵心端部應力的效果，進而實現(xiàn)抑制電機推力波動的技術效果。本實施方式中，所述的低推力波動直線永磁同步電機可以是圓筒形直線電機，還可以是平板形直線電機，所述平板形直線電機可以是單邊結構或雙邊結構。
具體實施方式
二、本實施方式是對具體實施方式
一所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，所述兩塊初級永磁體1分別粘貼固定在電樞鐵心2的前后兩端的端面上，所述端面與電機動子的運動方向垂直。本實施方式所述的初級永磁體1的安裝位置，適用于電樞鐵心的端部的平面垂直于動子運動方向的情況，即電樞鐵心的端面所在平面與動子運動方向垂直。參見圖1所示，該圖所示的是一種平板結構的直線電機的結構示意圖，該圖所示的電機中，初級永磁體1為平板結構。參見圖2和圖3所示，該圖所示的是一種圓筒形結構的直線電機的結構示意圖，該圖所示的電機中，初級永磁體1為圓環(huán)形結構。
具體實施方式
三、本實施方式是對具體實施方式
一所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，所述兩塊初級永磁體1分別粘貼固定在電樞鐵心2的前后兩端的端面上，所述端面與電機動子的運動方向的夾角小于90°。本實施方式所述的初級永磁體1的安裝位置，適用于電樞鐵心的端部的平面與動子運動方向不垂直的情況，即電樞鐵心2的端面為傾斜的平面或者弧面。
具體實施方式
四、本實施方式是對具體實施方式
三所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，電樞鐵心2靠近氣隙側的長度小于遠離氣隙側的長度，所述兩塊初級永磁體1分別粘貼固定在電樞鐵心2的前后兩端的端面上。參見圖9所示，該圖所示的是本實施方式所述的一種單邊平板結構的直線電機的結構示意圖，該種結構中，初級永磁體1為平板形結構，并固定在電樞鐵心2的端面上。
具體實施方式
五、本實施方式是對具體實施方式
三所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，電樞鐵心2靠近氣隙側的長度大于遠離氣隙側的長度，所述兩塊初級永磁體1分別粘貼固定在電樞鐵心2的前后兩端的氣隙側，并且每塊初級永磁體1為嵌入電樞鐵心2固定安裝。參見圖8所示，是一種本實施方式所述的一種單邊結構的平板直線電機的的結構示意圖。本實施方式所述的結構中，初級永磁體1嵌入電樞鐵心2固定，以保證初級和次級之間的氣隙均勻。
具體實施方式
六、本實施方式是對具體實施方式
一、二、三、四或五所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中的電樞繞組3嵌放在電樞鐵心2的槽中或粘貼固定在電樞鐵心2面向氣隙側。本實施方式所述的電樞鐵心2可以是有槽結構，參見圖1-9所示，即在所述電樞鐵心2的氣隙側有電樞齒，電樞繞組3嵌放在電樞鐵心2槽中。本實施方式所述的電樞鐵心2可以是無槽結構，參見圖10、11所示，S卩所述電樞鐵心2沒有電樞齒，電樞繞組3粘貼固定在電樞鐵心2的氣隙側。
具體實施方式
七、本實施方式是對具體實施方式
一、二、三、四或五所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，每塊初級永磁體1的充磁方向與電機動子運動方向平行，或者所述充磁方向與運動方向垂直且指向次級，或者所述充磁方向介于上述平行與垂直之間。本實施方式中，初級永磁體1的充磁方向與電機動子的運動方向的夾角θ的范圍是0° < θ <90°，進而使得所述初級永磁體1能夠與其相對的次級永磁體陣列之間產生沿運動方向的力。
具體實施方式
八、本實施方式是對具體實施方式
一、二、三、四或五所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，次級是表面永磁體結構、內嵌永磁體結構或Halbach永磁體陣列結構。
具體實施方式
九、本實施方式是對具體實施方式
一、二、三、四或五所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，初級還包括兩塊薄板6，所述兩塊薄板6分別位于電樞鐵心2的兩端，并且在電樞鐵心2的一端，薄板6固定在電樞鐵心2與初級永磁體1之間。參見圖4-6是三種是本實施方式所述的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖，其中，圖4是本實施方式所述的一種單邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖；圖5是本實施方式所述的一種雙邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖；圖6是本實施方式所述的一種圓筒形結構的的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。
具體實施方式
十、本實施方式是對具體實施方式
一、二、三、四或五所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，初級還包括兩塊薄板6，所述兩塊薄板6分別位于電樞鐵心2的兩端，并且在電樞鐵心2的一端，初級永磁體1固定在薄板6和電樞鐵心2之間。圖7是本實施方式所述的一種單邊平板結構的低推力波動直線永磁同步電機的結構示意圖。參見圖4所示是一種本實施方式所述的單邊結構的平板電機的結構示意圖，該種結構中，薄板6固定在電樞鐵心2和初級永磁體1之間的結構。參見圖5所示，是初級永磁體1固定在電樞鐵心2和薄板6之間的結構。
具體實施方式
十一、本實施方式是對具體實施方式
十所述的低推力波動直線永磁同步電機的進一步限定，本實施方式中，薄板6是銅板或鋁板。本發(fā)明不局限于上述各實施方式所述的具體結構，還可以是各實施方式所述的技術特征的合理組合。本發(fā)明所述的電機結構，還適用于橫向磁通直線電機和平面電機，在實際應用中， 可以根據(jù)電機的具體結構，配置初級永磁體1的極性與數(shù)量。在實際應用中，還可以采用多個本發(fā)明所述的電機并聯(lián)或者串聯(lián)組成電機組。
權利要求
1.低推力波動直線永磁同步電機，包括初級、次級和氣隙，次級包括次級永磁體(4)和磁軛(5)，初級包括電樞鐵心( 和電樞繞組(3)，其特征在于，所述初級還包括兩塊初級永磁體(1)；所述兩塊初級永磁體(1)分別粘貼固定在電樞鐵心( 的前后兩端，每塊初級永磁體(1)所產生的磁場與其相對的次級永磁體陣列所產生的磁場相互作用，進而使初級的兩端產生與運動方向平行的力，并且，位于兩端的兩塊初級永磁體(1)所產生的力的方向相對或者相背，并且相互抵消。
2.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，所述電機是圓筒形直線電機或者平板形直線電機，所述平板形直線電機是單邊結構或雙邊結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，所述兩塊初級永磁體(1)分別粘貼固定在電樞鐵心O)的前后兩端的端面上，所述端面與電機動子的運動方向垂直。
4.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，電樞鐵心靠近氣隙側的長度小于遠離氣隙側的長度，所述兩塊初級永磁體(1)分別粘貼固定在電樞鐵心 (2)的前后兩端的端面上。
5.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，電樞鐵心靠近氣隙側的長度大于遠離氣隙側的長度，所述兩塊初級永磁體(1)分別粘貼固定在電樞鐵心 (2)的前后兩端的氣隙側，并且每塊初級永磁體(1)為嵌入電樞鐵心固定安裝。
6.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，電樞繞組(3)嵌放在電樞鐵心⑵的槽中或粘貼固定在電樞鐵心⑵面向氣隙側。
7.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，每塊初級永磁體(1)的充磁方向與電機動子運動方向平行，或者所述充磁方向與運動方向垂直，或者所述充磁方向介于上述平行與垂直之間。
8.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，次級是表面永磁體結構、內嵌永磁體結構或Halbach永磁體陣列結構。
9.根據(jù)權利要求1所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，初級還包括兩塊薄板(6)，所述兩塊薄板(6)分別位于電樞鐵心的兩端，并且在電樞鐵心的一端，薄板(6) 固定在電樞鐵心⑵與初級永磁體⑴之間，或者初級永磁體(1)固定在薄板(6)和電樞鐵心(2)之間。
10.根據(jù)權利要求9所述的低推力波動直線永磁同步電機，其特征在于，所述薄板(6) 是銅板或鋁板。
全文摘要
低推力波動直線永磁同步電機，屬于電機技術領域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的低推力直線電機存在的波動問題。本發(fā)明所述的低推力波動直線永磁同步電機中還包括兩個初級永磁體，該兩個初級永磁體分別固定在電樞鐵心的前后端。本發(fā)明通過在初級鐵心端部附加永磁體，使初級永磁體產生的磁場與次級永磁體產生的磁場相互作用，達到電機前后端部作用力相互抵消的目的，從而消除了端部定位力，同時，還可以減小初級端部磁場與中間磁場的不平衡，減小了初級兩端繞組產生的電動勢與中間繞組產生的電動勢的差，從而減小了電磁力波動。
文檔編號H02K41/03GK102255470SQ201110155510
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2011年6月10日
發(fā)明者寇寶泉, 李春艷, 趙斌超, 郭守侖 申請人:哈爾濱工業(yè)大學