一种平板型横向磁通直线电机制造技术

本发明专利技术公开了一种平板型横向磁通直线电机，其组成包括：初级铁心(1)、次级铁心(2)、电枢绕组(3)和永磁极(4)；电机绕组(3)绕制在初级铁心(1)的铁心齿上构成电机初级，永磁极(4)平铺在次级铁心(2)上构成电机次级，其中：初级铁心(1)由一块初级平板型铁心轭(101)、三列铁心齿，包括两列外部铁心齿(102)和一列中间铁心齿(103)，以及铁心齿端部的极靴，包括外部铁心齿(102)端部的极靴(104)和中间铁心齿(103)端部的极靴(105)组成。该种新型电机的磁通平面与运动方向相互垂直，克服了由于电负荷和磁负荷在空间上相互制约而产生的不利于提高电机推力密度的缺点，能够实现较高的功率密度；具有较大的磁动势，有利于提高电机出力，进而获得较高的推力密度。

【技术实现步骤摘要】
一种平板型横向磁通直线电机
本专利技术属于电机领域，具体涉及一种平板型横向磁通直线电机。
技术介绍
直线运动系统在国防、军工等领域中有着广泛的应用。随着科学技术的发展，人们对直线运动系统提出了越来越高的要求，包括推力密度大、控制特性灵活、结构简单、制造容易等。然而对于传统磁路结构的直线电机，电负荷和磁负荷的相互制约使直线电机的力密度难以从根本上得到提高。在高转矩密度电机方面，近年来横向磁场电机发展较快。目前国内关于横向磁通永磁直线电机的研究很少，哈尔滨工业大学的邹继斌教授及其学生研究了采用U型铁心结构横向磁通圆筒型直线电机，电机结构简单，但是相邻两相绕组间存在共槽边，存在各相绕组的耦合问题，此外由于相邻初级铁心齿单元间隔两倍永磁极距，永磁极的利用率不高且漏磁严重(邹继斌,王骞,张洪亮.横向磁通直线电动机电磁力的分析与计算[J].电工技术学报,2007,22(8))。哈尔滨工业大学的寇宝泉教授及其学生研究了双向交链的平板型和圆筒型横向磁通直线永磁同步电机，该电机初级铁心单元的齿距等于极距，能够充分利用次级永磁体，有效减小极间漏磁，但该电机结构复杂且相邻绕组共用一段铁心齿，不同绕组之间存在耦合问题，因此难以实现多相结构(寇宝泉,杨国龙,周维正,张赫.双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机[J].中国电机工程学报,2012,33:75-81+178.、寇宝泉,杨国龙,李鹏,张赫.双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机的基础研究[J].中国电机工程学报,2012,36:61-67+13.)。总之，现有的采用传统U形、C形等铁心结构的横向磁通直线电机初级空间利用率不高，永磁体的利用率偏低，且永磁体极间漏磁较大。此外，它们大都还存在着或结构复杂、加工困难，或电机电枢绕组有效长度比例不高等问题，在功率密度和加工制造上还有提高的空间。针对上述情况，本专利技术提出一种平板型横向磁通直线电机技术方案。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种平板型横向磁通直线电机，它具有较高的永磁体利用率，改善了永磁体极间漏磁，且能够实现较高的功率密度和推力密度。实现本专利技术目的的技术解决方案为：平板型横向磁通直线电机，其组成包括：初级铁心1、次级铁心2、电枢绕组3和永磁极4；电机绕组3绕制在初级铁心1的铁心齿上构成电机初级，永磁极4平铺在次级铁心2上构成电机次级；初级铁心1由一块初级平板型铁心轭101、三列铁心齿，包括两列外部铁心齿102和一列中间铁心齿103，以及铁心齿端部的极靴，包括外部铁心齿102端部的极靴104和中间铁心齿103端部的极靴105组成。初级铁心1在运动方向v上呈交替排列的U形和T形铁心结构，即同一列铁心齿内部的分布间隔均为2个永磁极距2τ，而外部铁心齿102和中间铁心齿103之间的错位距离为一个永磁极距τ。外部铁心齿102端部的极靴104沿垂直于运动方向v向内侧延伸覆盖在永磁极4的表面，中间铁心齿103端部的极靴105沿垂直于运动方向v向外侧延伸覆盖在永磁极4的表面。电枢绕组3绕制在一列中间铁心齿103上。一列N-S交替充磁的永磁极6沿电机运动方向v依次排列安装于次级铁心2的上表面。初级平板型铁心轭101上的铁心齿可以推广到沿运动方向v的3的任意整数倍3N列，包括2N列外部铁心齿102和N列中间铁心齿103，此时绕制在中间铁心齿103上的电枢绕组4的数目为N，且次级铁心2上的永磁极对应为N列。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)从原理上看，该种新型电机的磁通平面与运动方向相互垂直，克服了由于电负荷和磁负荷在空间上相互制约而产生的不利于提高电机推力密度的缺点，能够实现较高的功率密度；2)从磁路结构上看，该电机初级铁心呈交替排列的U形和T形铁心结构，由永磁磁势所产生的交链电枢绕组的磁通由外部铁心齿和中间铁心齿两部分所对的极性相反的永磁极共同产生，具有较大的磁动势，有利于提高电机出力，进而获得较高的推力密度；3)从铁心齿部结构上看，所采用的铁心齿端部极靴覆盖磁极表面，极靴正对磁极表面的部分具有较大的表面积，具有较高的磁极利用率，有效减小极间漏磁，且磁回路中具有较小的气隙磁阻和永磁极磁阻，能够实现更高效的能量转换；4)从制造工艺上看，该电机使用平板型铁心轭和交错排列的铁心齿，既可采用传统的硅钢片叠压的方式，又可采用切削加工的新型软磁复合材料(SoftMagneticComposites,SMC)来实现，制造工艺简单，且电枢绕组结构简单，可手工嵌线，嵌线工艺简单；5)从应用场合上看，运行速度的控制和调节简单，适用于低速大推力的直接驱动场合。通过调节电压、频率等，可以得到不同的推力和速度，有较强的灵活性。附图说明图1(a)是该平板型横向磁通直线电机的前视图及相关尺寸标注；图1(b)是该平板型横向磁通直线电机的A-A剖视图；图1(c)是该平板型横向磁通直线电机的B-B剖视图；图2是该平板型横向磁通直线电机的结构示意图；图3(a)是该平板型横向磁通直线电机的初级铁心部分示意图；图3(b)是该平板型横向磁通直线电机的电枢绕组示意图；图4是该平板型横向磁通直线电机的次级部分示意图；图5(a)是该平板型横向磁通直线电机在位置1情况下的磁路图；图5(b)是该平板型横向磁通直线电机在位置2情况下的磁路图；图6是该平板型横向磁通直线电机在位置1或位置2情况下的等效磁路模型。图中：1为初级铁心，2为次级铁心，3为电枢绕组，4为永磁极，101为初级平板型铁心轭，102为外部铁心齿，103为中间铁心齿，104为外部铁心齿端部的极靴，105为中间铁心齿端部的极靴，v为运动方向。具体实施方式一般电磁场问题的求解方法有解析法和数值解法。解析法包括等效磁路法和分层模型法；等效磁路法是一种传统的求解电机磁场的方法，通过画磁路图的方式来表达电机磁场，具有概念清晰、计算简单的特点；分层模型法用偏微分或积分方程来描述电磁场，然后用分离变量法等方法直接求解，它的应用一般限制于边界条件简单而媒质为线性的场合。数值解法适用面更加宽广，可以解决大量的电机电磁场实际问题，近代随着计算机技术的迅猛发展，数值解法特别是有限元法在电机分析中占的比重越来越大。但是有限元计算所需时间很长，特别是分析横向磁通永磁直线电机所必须釆用的三维有限元计算耗时巨大，因而解析法对于分析横向磁通永磁直线电机来说也是非常重要的。下面基于电机本身的关系方程、相关的电机设计经验和等效磁路法给出求解该平板型横向磁通直线电机大致尺寸参数的技术方案。平板型横向磁通直线电机，其组成包括：初级铁心1、次级铁心2、电枢绕组3和永磁极4；电机绕组3绕制在初级铁心1的铁心齿上构成电机初级，永磁极4平铺在次级铁心2上构成电机次级；初级铁心1由一块初级平板型铁心轭101、三列铁心齿，包括两列外部铁心齿102和一列中间铁心齿103，以及铁心齿端部的极靴，包括外部铁心齿102端部的极靴104和中间铁心齿103端部的极靴105组成。该技术方案具体实施如下：1.主要尺寸参数计算输出功率方程如下：式中：Pout、Uo和Io分别是电机的输出功率、输出相电压和相电流；是负载功率因数；m为相数。由线负荷A的定义，即单位长度上的安培导体数，可知定义比例系数ku＝E/Uo，E为空载端电压。式(1)中的输出功率可以定义为：式中：N为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板型横向磁通直线电机，其组成包括：初级铁心(1)、次级铁心(2)、电枢绕组(3)和永磁极(4)；电机绕组(3)绕制在初级铁心(1)的铁心齿上构成电机初级，永磁极(4)平铺在次级铁心(2)上构成电机次级，其特征在于：初级铁心(1)由一块初级平板型铁心轭(101)、三列铁心齿，包括两列外部铁心齿(102)和一列中间铁心齿(103)，以及铁心齿端部的极靴，包括外部铁心齿(102)端部的极靴(104)和中间铁心齿(103)端部的极靴(105)组成。

【技术特征摘要】
1.一种平板型横向磁通直线电机，其组成包括：初级铁心(1)、次级铁心(2)、电枢绕组(3)和永磁极(4)；电机绕组(3)绕制在初级铁心(1)的铁心齿上构成电机初级，永磁极(4)平铺在次级铁心(2)上构成电机次级，其特征在于：初级铁心(1)由一块初级平板型铁心轭(101)、三列铁心齿，包括两列外部铁心齿(102)和一列中间铁心齿(103)，以及铁心齿端部的极靴，包括外部铁心齿(102)端部的极靴(104)和中间铁心齿(103)端部的极靴(105)组成。2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：初级铁心(1)在运动方向v上呈交替排列的U形和T形铁心结构，即同一列铁心齿内部的分布间隔均为2个永磁极距2τ，而外部铁心齿(102)和中间铁心齿(103)之间的错位距离为一个永磁极距τ。3.根据权利要求1或2所述的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙炜，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32