圆筒型永磁容错直线游标电机制造技术

本发明专利技术公开一种圆筒型永磁容错直线游标电机，该电机包括初级(1)、次级(2)、电枢绕组(3)、永磁体阵列(4)、气隙(5)；气隙(5)设置在所述初级(1)和次级(2)之间；所述初级(1)包含三个相同结构类型且等距排列的单元模块(11)，单元模块(11)由相邻的两个电枢齿A(12)、B(13)组成，相邻的电枢齿A(12)、B(13)间开有槽，槽内嵌入饼式绕组(3)；永磁体阵列(4)嵌入初级(1)单元模块(11)的齿端。圆筒电机和游标效应的组合使得电机具有更大的推力密度和更高的效率，同时初级模块化互补结构的采用，提高了电机的容错性能、消除了圆筒型直线电机因纵向边端效应所带来的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
圆筒型永磁容错直线游标电机
本专利技术涉及圆筒型永磁直线电机，特别是圆筒型永磁容错直线游标电机，适用于汽车悬架系统等要求高推力、高可靠性的应用场合，属于新型电机制造

技术介绍
近年来，车辆的行驶平顺性和操纵稳定性越来越受到人们的关注。悬架作为车辆上的减震保稳部件，对提高行驶平顺性和操纵稳定性极其重要，所以车辆悬架的研究和开发成为前沿性的课题。从控制力的角度来看，悬架可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种基本类型。被动悬架在协调车辆的行驶平顺性和操纵稳定性方面存在很大的局限性，所以近年来人们开展了对半主动和主动悬架的研究，与半主动悬架相比，主动悬架具有较高的运行性能，更为当前科研人员所青睐，并已逐步应用于某些汽车品牌的高端乘用车型。在以前的相关研究中，已经提出了可能用于车辆主动悬架的各种电机拓扑结构。在可能的拓扑结构中，圆筒型永磁直线电机因其结构的特殊性没有端部绕组，铜耗低且不存在横向边端效应满足车辆主动悬架的综合要求。然而，圆筒型永磁直线电机也不可避免地存在一些缺点，例如，可靠性不高、推力较低等，限制了其在要求高推力、高可靠性场合的广泛应用。中国专利技术专利申请号201510662900.7公开了一种内嵌式混合磁材料容错圆筒直线电机，集中绕组方式和永磁体内嵌放置方式的有效结合以及容错齿的引入，不仅增大了电机的推力密度和功率密度而且提高了该专利技术电机的可靠性。中国专利技术专利申请号201610590925.5公开了一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，该专利技术电机通过有效组合游标电机和双定子结构，增大了电机推力密度，减小了推力脉动。但是，双定子结构的采用无形中增加了电机结构的复杂性，增加了设计和制作成本。以上专利技术都是通过在电枢铁芯中引入容错齿，实现相与相间的电隔离、热隔离以及磁路解耦，从而达到很好的容错性能。但是，容错齿的引入在一定程度上牺牲了电机的推力密度与功率密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有圆筒型永磁直线电机的不足，提出一种圆筒型永磁容错直线游标电机，其电枢绕组为圆饼状，没有端部绕组，铜耗低且将圆筒电机和游标效应相结合使得电机具有更大的推力密度和更高的效率。模块化互补结构的采用，实现了相与相间的电隔离、热隔离以及磁路解耦，达到了很好的容错性能、消除了圆筒型直线电机因纵向边端效应所带来的不利影响，获得了更加正弦对称的反电动势、各单元模块的定位力互相抵消，降低了电机的定位力和推力脉动。同时永磁体采用阵列的形式，减少了永磁体用量，降低了电机成本且缓解了电枢齿端部漏磁严重的问题，从而增加了绕组中的反电动势，提高了电机的推力输出特性。具体地说，本专利技术是采取以下的技术方案来实现的：气隙(5)设置在初级(1)和次级(2)之间；所述初级(1)包含三个相同结构类型且等距排列的单元模块(11)，单元模块(11)由相邻的两个电枢齿A(12)、B(13)组成，相邻两个电枢齿A(12)、B(13)的齿距满足(j+1/2)τ，j为正整数，τ为次级极距，二者的齿身为平行齿，分别垂直延伸至初级(1)轭部，与初级(1)轭部相连，形成整体，相邻单元模块(11)之间的间距满足(k+1/s)τ，k＝0，1，2，…，τ为次级极距，s为单元模块个数，相邻的电枢齿A(12)、B(13)间开有槽，槽内嵌入饼式绕组(3)；单元模块(11)的齿端开虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列(4)；所述次级(2)开梯形槽形成若干个调制极(21)，具有调制磁场的作用，次级(2)的轭厚应大于初级(1)的轭厚。本专利技术的进一步改进在于：单元模块(11)与每相电枢绕组(3)一一对应，s个单元模块(11)构成s相电机。本专利技术的进一步改进在于：所述单元模块(11)的电枢齿端部共开有6*s个虚槽，每个电枢齿端部各开有3个虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列(4)，永磁体阵列(4)由位于中间的一块按指向气隙方向径向充磁的第一类永磁体(41)和位于两侧的两块按指向中间径向充磁的第一类永磁体轴向充磁的第二类永磁体(42)组成，第一类永磁体(41)的轴向宽度等于电枢齿端部虚齿(14)的轴向宽度且大于第二类永磁体(42)的轴向宽度。本专利技术的进一步改进在于：单元模块数s、单元模块有效长度S1、次级极距τ和次级有效齿个数N，满足：τN＝sS1。本专利技术的进一步改进在于：永磁体阵列(4)产生的磁场分布的极对数与电枢绕组(3)产生的电枢磁场分布的极对数之和等于次级(2)开梯形槽形成有效调制极(21)的数目，且无论对于电机整体结构或者独立的单元模块结构都满足。本专利技术的进一步改进在于：初级相邻单元模块间空间相位互差120°电角度，所以各单元模块的定位力波形互差120°电角度。本专利技术的进一步改进在于：初级(1)和次级(2)部分由导磁材料制成，永磁体阵列(4)可以根据实际的需要选用高磁能积的铷铁硼或者廉价的铁氧体永磁材料。有益效果:1.本专利技术中的初级模块化互补结构实现了相与相间的电隔离、热隔离以及磁路解耦，达到了很好的容错性能，同时还消除了圆筒型直线电机因纵向边端效应所带来的不利影响，获得了更加正弦对称的反电动势。2.本专利技术中的初级相邻单元模块空间相位互差120°电角度，所以各单元模块的定位力波形互差120°电角度，可以相互抵消，从而降低了电机的定位力和推力脉动。3.本专利技术中的永磁体采用阵列的形式，减少了永磁体的用量、降低了电机的成本，同时其聚磁效应缓解了齿端部漏磁严重的问题，增加了磁路的有效磁密，从而提高了电机的推力输出特性。4.本专利技术中的电枢绕组为圆饼状，没有端部绕组，铜耗低。5.本专利技术中的圆筒电机和游标效应相组合使得电机具有更大的推力密度和更高的效率。附图说明图1为本专利技术实施例电机的结构示意图。图2为图1中永磁体阵列结构放大示意图。图3为本专利技术实施例电机永磁体单独作用时的磁场分布图。图4为本专利技术实施例电机的三相反电动势波形图图5为本专利技术实施例电机的定位力波形图。图6为本专利技术实施例电机的推力波形图。图中标号名称：1、初级，11、单元模块，12、电枢齿A，13、电枢齿B，14、虚齿，2、次级，21、调制极，3、电枢绕组，31、A相电枢绕组A，32、B相电枢绕组B，33、C相电枢绕组C，4、永磁体阵列，41、第一类永磁体，42、第二类永磁体，5、气隙。具体实施方式下面以一个具体的三相电机，参照附图，对本专利技术电机的结构特点和有益效果进行详细描述。如图1所示，本专利技术公开了圆筒型永磁容错直线游标电机，气隙(5)设置在初级(1)和次级(2)之间；所述初级(1)包含三个相同结构类型且等距排列的单元模块(11)，单元模块(11)由相邻的两个电枢齿A(12)、B(13)组成，相邻两个电枢齿A(12)、B(13)的齿距满足7τ/2，τ为次级极距，二者的齿身为平行齿，分别垂直延伸至初级(1)轭部，与初级(1)轭部相连，形成整体，相邻单元模块(11)之间的间距满足τ/3，τ为次级极距，相邻的电枢齿A(12)、B(13)间开有槽，槽内嵌入饼式绕组(3),从左至右所示的槽中，依次嵌有A相电枢绕组A(31)、C相电枢绕组C(33)和B相电枢绕组B(32)；单元模块(11)的齿端开虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列(4)；所述次级(2)开梯形槽形成若干个调制极(21)，具有调制磁场的作用，次级(2)的轭厚应大于初级(1)的轭厚。为了清楚阐述本文档来自技高网...

【技术保护点】
圆筒型永磁容错直线游标电机，其特征在于：包括初级(1)、次级(2)，初级(1)和次级(2)之间设置有气隙(5)；所述初级(1)包含三个相同结构类型且等距排列的单元模块(11)，单元模块(11)由相邻的两个电枢齿A(12)、电枢B(13)组成，相邻两个电枢齿A(12)、电枢B(13)的齿距满足(j+1/2)τ，j为正整数，τ为次级极距，二者的齿身为平行齿，分别垂直延伸至初级(1)轭部，与初级(1)轭部相连，形成整体，相邻单元模块(11)之间的间距满足(k+1/s)τ，k＝0，1，2，…，τ为次级极距，s为单元模块个数，相邻的电枢齿A(12)、电枢B(13)间开有槽，槽内嵌入饼式绕组(3)；单元模块(11)的齿端开虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列(4)；所述次级(2)开梯形槽形成若干个调制极(21)，具有调制磁场的作用，次级(2)的轭厚应大于初级(1)的轭厚。

【技术特征摘要】
1.圆筒型永磁容错直线游标电机，其特征在于：包括初级(1)、次级(2)，初级(1)和次级(2)之间设置有气隙(5)；所述初级(1)包含三个相同结构类型且等距排列的单元模块(11)，单元模块(11)由相邻的两个电枢齿A(12)、电枢B(13)组成，相邻两个电枢齿A(12)、电枢B(13)的齿距满足(j+1/2)τ，j为正整数，τ为次级极距，二者的齿身为平行齿，分别垂直延伸至初级(1)轭部，与初级(1)轭部相连，形成整体，相邻单元模块(11)之间的间距满足(k+1/s)τ，k＝0，1，2，…，τ为次级极距，s为单元模块个数，相邻的电枢齿A(12)、电枢B(13)间开有槽，槽内嵌入饼式绕组(3)；单元模块(11)的齿端开虚槽，虚槽中嵌入永磁体阵列(4)；所述次级(2)开梯形槽形成若干个调制极(21)，具有调制磁场的作用，次级(2)的轭厚应大于初级(1)的轭厚。2.根据权利要求1所述的圆筒型永磁容错直线游标电机，其特征在于：单元模块(11)与每相电枢绕组(3)一一对应，s个单元模块(11)构成s相电机。3.根据权利要求1所述的圆筒型永磁容错直线游标电机，其特征在于：所述单元模块(11)的电枢齿端部共开有6*s个虚槽，每个电枢齿端...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚甜，赵文祥，吉敬华，陈礼洋，朱旭辉，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32