一種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，包括長(zhǎng)定子和短動(dòng)子；短動(dòng)子包括電樞和勵(lì)磁部分，勵(lì)磁部分包括永磁體與直流勵(lì)磁繞組，永磁體插入電樞槽口處，充磁方向平行于運(yùn)動(dòng)方向，相鄰磁極充磁方向相反，直流勵(lì)磁繞組分成上下兩層，依次纏繞于電樞繞組的上端或下端，整個(gè)短動(dòng)子表面采用不銹鋼覆蓋，電樞兩側(cè)端部齒鐵芯采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)；電樞為沖片整體式齒槽結(jié)構(gòu)包括電樞鐵芯以及套設(shè)于電樞齒上的電樞繞組，相鄰的電樞繞組由直流勵(lì)磁繞組隔開(kāi)。本發(fā)明電機(jī)把電樞與磁極集中到短動(dòng)子上，既實(shí)現(xiàn)了磁通切換式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，也有效避免了其采用分立部件導(dǎo)致的加工困難；不僅大大減小了磁極(電樞)的長(zhǎng)度，提高了磁場(chǎng)調(diào)節(jié)能力，還降低了系統(tǒng)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于同步電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁直線同步電動(dòng)機(jī)兼具永磁電機(jī)和直線電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，不需要中間連動(dòng)部分，不受離心力影響，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、高速高精度、高效率、大推力等顯著優(yōu)點(diǎn)，在高速數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體加工、垂直升降輸送系統(tǒng)，高速地面運(yùn)輸系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的工作原理如下所述:當(dāng)電樞繞組通入交流電時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)。同時(shí)，磁極永磁體產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)。所述電樞磁場(chǎng)與永磁體勵(lì)磁磁場(chǎng)合成構(gòu)成氣隙磁場(chǎng)。起動(dòng)時(shí)拖動(dòng)磁極或電樞，電樞行波磁場(chǎng)和永磁體勵(lì)磁磁場(chǎng)相對(duì)靜止，從而電樞繞組中的電流在所述氣隙磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁推力。如果電樞固定，則磁極在推力作用下?tīng)咳胪阶鲋本€運(yùn)動(dòng);反之，則電樞牽入同步做直線運(yùn)動(dòng)。
[0004]永磁直線同步電動(dòng)機(jī)推廣應(yīng)用的制約在于成本，因?yàn)椴还苁遣捎瞄L(zhǎng)電樞，還是長(zhǎng)磁極的結(jié)構(gòu)，整體成本都很高。為了降低成本，現(xiàn)有辦法是采用開(kāi)關(guān)磁鏈永磁直線同步電機(jī)，把永磁體放置在電樞上，其永磁體用量較小，電樞長(zhǎng)度也不長(zhǎng)，成本大大降低，但也帶來(lái)新的問(wèn)題:(I)電樞由多個(gè)分立部件構(gòu)成，加工較困難；(2)槽面積與永磁體互相制約，推力密度受到了限制；(3)永磁體被線圈包圍，散熱條件太差；(4)氣隙磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難，弱磁擴(kuò)速范圍受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，既能夠使磁極與電樞都在短動(dòng)子，不需要采用分立部件結(jié)構(gòu)且永磁體不被線圈包圍，降低系統(tǒng)成本，而且增加了直流勵(lì)磁繞組，實(shí)現(xiàn)了磁通可調(diào)。
[0006]—種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，包括長(zhǎng)定子和短動(dòng)子；
[0007]所述的短動(dòng)子包括電樞鐵芯、電樞繞組、直流勵(lì)磁繞組和永磁體;所述的電樞鐵芯為沖片整體式齒槽結(jié)構(gòu)，其每個(gè)電樞齒上均繞制有所述的電樞繞組，所述的直流勵(lì)磁繞組纏繞于電樞繞組的上端或下端，相鄰電樞繞組上的直流勵(lì)磁繞組按一上一下交替纏繞，以使得相鄰電樞繞組之間由直流勵(lì)磁繞組隔開(kāi);所述的永磁體嵌設(shè)于電樞鐵芯的每個(gè)電樞槽口處，其充磁方向平行于短動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向，且相鄰永磁體的充磁方向相反。
[0008]所述的長(zhǎng)定子采用沖片整體式齒槽結(jié)構(gòu)的疊片鐵芯，其齒槽朝向電樞鐵芯的齒槽，且兩者間存有一定的氣隙。
[0009]與短動(dòng)子相對(duì)區(qū)域內(nèi)的長(zhǎng)定子齒數(shù)比短動(dòng)子齒數(shù)多I?2個(gè)。
[0010]優(yōu)選地，所述電樞鐵芯兩端的電樞齒采用不規(guī)則形狀，即兩端電樞齒的外側(cè)鐵芯被削掉一部分;能夠減小邊端效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)削弱邊端力的目的。
[0011]所述電樞鐵芯的兩端以及背向長(zhǎng)定子的底部均開(kāi)有焊接安裝孔，即電樞鐵芯采用底部和端部焊接的固定方式。
[0012]電樞槽口嵌有永磁體的電樞鐵芯，其朝向長(zhǎng)定子的一面采用不銹鋼覆蓋。
[0013]所述的電樞槽內(nèi)中間為上下雙層繞置的直流勵(lì)磁繞組以構(gòu)成變磁通結(jié)構(gòu)。
[0014]所述的變磁通結(jié)構(gòu)中直流勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)方向在短動(dòng)子中相反，而在長(zhǎng)定子中相同。
[0015]本發(fā)明直線同步電動(dòng)機(jī)的短動(dòng)子同時(shí)包括了電樞和勵(lì)磁部分，其固定于移動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)使短動(dòng)子直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了磁通切換式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，也有效避免了電樞使用分立部件后造成的加工困難問(wèn)題;故本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益技術(shù)效果:
[0016](I)本發(fā)明變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)把電樞與磁極都集中到短動(dòng)子上，且采用電勵(lì)磁與永磁體共同勵(lì)磁的結(jié)構(gòu)，不僅大大減小了磁極(電樞)的長(zhǎng)度，而且不需要采用分立部件，磁場(chǎng)調(diào)節(jié)能力大大提高，適用于工業(yè)、民用、醫(yī)藥等需要長(zhǎng)行程寬速大推力的應(yīng)用場(chǎng)合，如數(shù)控機(jī)床、長(zhǎng)距離物流輸送線等。
[0017](2)本發(fā)明長(zhǎng)定子僅為開(kāi)齒槽的沖片疊壓組成，成本低，易于實(shí)現(xiàn)模塊化。
[0018](3)本發(fā)明電樞與普通永磁直線電機(jī)相同，加工方便，成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明直線同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明直線同步電動(dòng)機(jī)的三相電樞繞組連接示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明直線同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)方向示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明直線同步電動(dòng)機(jī)端部電樞齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，包括長(zhǎng)定子I和短動(dòng)子2，短動(dòng)子2包括電樞鐵芯21、直流勵(lì)磁繞組22、電樞繞組23、永磁體24以及表面不銹鋼板25;電樞鐵芯21為沖片整體式齒槽結(jié)構(gòu)，每個(gè)齒上繞制電樞繞組23。電樞鐵芯底部與兩側(cè)開(kāi)有焊接安裝孔26，電樞端部齒27采用不規(guī)則形狀。永磁體24插在電樞槽口處，充磁方向平行于運(yùn)動(dòng)方向，相鄰磁極充磁方向相反，直流勵(lì)磁繞組22分成上下兩層，依次纏繞于電樞繞組23的上端或下端，因此相鄰的電樞繞組由直流勵(lì)磁繞組隔開(kāi)，容錯(cuò)性高。短定子2的三相電樞繞組23連接如圖2所示，以A相為例。
[0025]長(zhǎng)定子I由開(kāi)齒槽的沖片疊壓組成，放置在整個(gè)行程上，其被短定子覆蓋區(qū)域的齒數(shù)Nr與電樞槽數(shù)的個(gè)數(shù)Ns相差2個(gè)。
[0026]本實(shí)施例中，在沒(méi)有直流勵(lì)磁電流與電樞電流時(shí)，其永磁體的磁鏈基本在電樞鐵芯中閉合，在有直流勵(lì)磁電流后，永磁體的磁鏈一部分經(jīng)過(guò)電樞閉合，一部分通過(guò)氣隙，與定子部分閉合，直流勵(lì)磁的磁場(chǎng)與定動(dòng)子都耦合，如圖3所示，在短動(dòng)子與長(zhǎng)定子相對(duì)位置不同時(shí)，電樞繞組中交鏈的磁鏈在發(fā)生變化，在電樞繞組中產(chǎn)生近似正弦的反電動(dòng)勢(shì)，因此在電樞繞組中通入三相正弦電壓后，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的三相正弦電流，從而產(chǎn)生電磁推力，推力動(dòng)子實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
[0027]本實(shí)施方式直線同步電動(dòng)機(jī)的工作原理為:當(dāng)短動(dòng)子2中繞制A相繞組的電樞齒與長(zhǎng)定子I中的一個(gè)齒對(duì)齊時(shí)，勵(lì)磁磁鏈經(jīng)長(zhǎng)定子齒閉合，定動(dòng)子耦合，A相電樞繞組交鏈磁鏈最大；隨著動(dòng)子移動(dòng)，其磁鏈減小，當(dāng)動(dòng)子移動(dòng)90/Nr度時(shí)，A相電樞繞組交鏈磁鏈為零;動(dòng)子繼續(xù)移動(dòng)，其磁鏈反向增大，當(dāng)動(dòng)子再移動(dòng)90/Nr度時(shí)，A相電樞繞組交鏈磁鏈達(dá)到負(fù)的最大值;動(dòng)子繼續(xù)移動(dòng)，磁鏈正向增大，當(dāng)動(dòng)子再移動(dòng)90/Nr度時(shí)，A相電樞繞組交鏈磁鏈為零。顯然磁鏈?zhǔn)钦?fù)交變的，基本為正弦型，是雙極性磁鏈。
[0028]電樞鐵芯21的端齒采用了不規(guī)則形狀，把端部齒的一部分切掉，如圖4所示，減小了端部效應(yīng)，從而削弱了定位力。
[0029]電樞繞組交鏈磁鏈隨著直流勵(lì)磁電流的增大而增加，直流勵(lì)磁電流的大小由具體應(yīng)用場(chǎng)合的負(fù)載而定。
[0030]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，包括長(zhǎng)定子和短動(dòng)子;其特征在于: 所述的短動(dòng)子包括電樞鐵芯、電樞繞組、直流勵(lì)磁繞組和永磁體;所述的電樞鐵芯為沖片整體式齒槽結(jié)構(gòu)，其每個(gè)電樞齒上均繞制有所述的電樞繞組，所述的直流勵(lì)磁繞組纏繞于電樞繞組的上端或下端，相鄰電樞繞組上的直流勵(lì)磁繞組按一上一下交替纏繞，以使得相鄰電樞繞組之間由直流勵(lì)磁繞組隔開(kāi);所述的永磁體嵌設(shè)于電樞鐵芯的每個(gè)電樞槽口處，其充磁方向平行于短動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向，且相鄰永磁體的充磁方向相反。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述的長(zhǎng)定子采用沖片整體式齒槽結(jié)構(gòu)的疊片鐵芯，其齒槽朝向電樞鐵芯的齒槽，且兩者間存有一定的氣隙。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:與短動(dòng)子相對(duì)區(qū)域內(nèi)的長(zhǎng)定子齒數(shù)比短動(dòng)子齒數(shù)多I?2個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述電樞鐵芯兩端的電樞齒采用不規(guī)則形狀，即兩端電樞齒的外側(cè)鐵芯被削掉一部分。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述電樞鐵芯的兩端以及背向長(zhǎng)定子的底部均開(kāi)有焊接安裝孔，即電樞鐵芯采用底部和端部焊接的固定方式。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:電樞槽口嵌有永磁體的電樞鐵芯，其朝向長(zhǎng)定子的一面采用不銹鋼覆蓋。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述的電樞槽內(nèi)中間為上下雙層繞置的直流勵(lì)磁繞組以構(gòu)成變磁通結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的變磁通直線同步電動(dòng)機(jī)，其特征在于:所述的變磁通結(jié)構(gòu)中直流勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)方向在短動(dòng)子中相反，而在長(zhǎng)定子中相同。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK105871171SQ201610221101
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】盧琴芬, 諸自強(qiáng)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)