一种分段式圆筒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分段式圆筒型横向磁通直线电机，其组成包括：各相分段初级铁心(1、2、3)、各相分段次级铁心(4、5、6)、各相电枢绕组(7、8、9)和永磁极(10)；各相电枢绕组(7、8、9)分别绕制在各相分段初级铁心(1、2、3)的铁心齿上构成电机初级，永磁极(10)平铺在各相分段次级铁心(4、5、6)上构成电机次级，其特征在于：所述直线电机初级和电机次级均采用按相分段结构，各相分段初级铁心(1、2、3)和各相分段次级铁心(4、5、6)均呈扇形柱状结构并沿电机圆周将其按相数

【技术实现步骤摘要】
一种分段式圆筒型横向磁通直线电机
本专利技术属于电机领域，具体涉及一种分段式圆筒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分段式圆筒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分段式圆筒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：分段式圆筒型横向磁通直线电机，其组成包括：各相分段初级铁心1、2、3、各相分段次级铁心4、5、6、各相电枢绕组7、8、9和永磁极10；各相电枢绕组7、8、9分别绕制在各相分段初级铁心1、2、3的铁心齿上构成电机初级，永磁极10平铺在各相分段次级铁心4、5、6上构成电机次级；电机初级和电机次级均采用按相分段结构，各相分段初级铁心1、2、3和各相分段次级铁心4、5、6均呈扇形柱状结构并沿电机圆周将其按相数m进行等分，即各相所占圆心角的弧度为2π/m，且各相分段之间填充有隔磁材料11。各相分段初级铁心1、2、3由各相初级铁心轭101、201、301、位于各相初级铁心轭101、201、301上的3列错位分布排列的铁心齿，包括各相外部铁心齿102、202、302和各相中间铁心齿103、203、303以及铁心齿端部的极靴，包括各相外部铁心齿102、202、302端部的极靴104、204、304和各相中间铁心齿103、203、303端部的极靴105、205、305。各相分段初级铁心1、2、3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，同相的外部铁心齿102、202、302和中间铁心齿103、203、303之间的错位距离为1个永磁极距τ。各相电枢绕组7、8、9分别绕制在各相中间铁心齿103、203、303上。各相外部铁心齿102、202、302端部的极靴104、204、304沿垂直于运动方向v向内侧延伸跨接在两列各相外部铁心齿102、202、302端部上并覆盖永磁极10的表面，各相中间铁心齿103、203、303端部的极靴105、205、305沿垂直于运动方向v向外侧延伸覆盖永磁极10的表面。永磁极10按N-S交替充磁依次安装在各相分段次级铁心4、5、6上，且m列永磁极10分别对应m相分段初级铁心1、2、3、m相分段次级铁心4、5、6和m相电枢绕组7、8、9。分别安装在m相分段次级铁心4、5、6上的m列永磁极10沿运动方向v呈错位排列，且任意两列永磁极10之间的错位距离均为2τ/m。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转矩密度的缺点，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)从按相分段的分段式铁心结构上看，该电机各相分段之间相互独立，且各相分段之间填充有隔磁材料，实现了各相分段之间的磁绝缘；4)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；5)从制造工艺上看，该电机采用分段式圆筒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，嵌线简单；6)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是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的结构示意图；图2(a)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A相分段的前视图及相关尺寸标注；图2(b)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A相分段的A-A剖视图及相关尺寸标注；图2(c)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A相分段的B-B剖视图及相关尺寸标注；图3(a)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A相分段初级铁心；图3(b)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A相电枢绕组；图4是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A相分段电机次级；图5是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的A、B和C三相分段电机次级的展开图；图6(a)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机在位置1情况下的磁通回路图；图6(b)是该分段式圆筒型横向磁通直线电机在位置2情况下的磁通回路图；图7是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的等效磁路模型；图8是该分段式圆筒型横向磁通直线电机的三维爆破示意图。图中：1为A相分段初级铁心，2为B相分段初级铁心，3为C相分段初级铁心，4为A相分段次级铁心，5为B相分段次级铁心，6为C相分段次级铁心，7为A相电枢绕组，8为B相电枢绕组，9为C相电枢绕组，10为永磁极，11为隔磁材料，101为A相初级铁心轭，201为B相初级铁心轭，301为C相初级铁心轭，102为A相外部铁心齿，202为B相外部铁心齿，302为C相外部铁心齿，103为A相中间铁心齿，203为B相中间铁心齿，303为C相中间铁心齿，104为A相外部铁心齿端部的极靴，204为B相外部铁心齿端部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段式圆筒型横向磁通直线电机，其组成包括：各相分段初级铁心(1、2、3)、各相分段次级铁心(4、5、6)、各相电枢绕组(7、8、9)和永磁极(10)；各相电枢绕组(7、8、9)分别绕制在各相分段初级铁心(1、2、3)的铁心齿上构成电机初级，永磁极(10)平铺在各相分段次级铁心(4、5、6)上构成电机次级，其特征在于：所述直线电机初级和电机次级均采用按相分段结构，各相分段初级铁心(1、2、3)和各相分段次级铁心(4、5、6)均呈扇形柱状结构并沿电机圆周将其按相数m进行等分，即各相所占圆心角的弧度为2π/m，且各相分段之间填充有隔磁材料(11)。

【技术特征摘要】
1.一种分段式圆筒型横向磁通直线电机，其组成包括：各相分段初级铁心(1、2、3)、各相分段次级铁心(4、5、6)、各相电枢绕组(7、8、9)和永磁极(10)；各相电枢绕组(7、8、9)分别绕制在各相分段初级铁心(1、2、3)的铁心齿上构成电机初级，永磁极(10)平铺在各相分段次级铁心(4、5、6)上构成电机次级，其特征在于：所述直线电机初级和电机次级均采用按相分段结构，各相分段初级铁心(1、2、3)和各相分段次级铁心(4、5、6)均呈扇形柱状结构并沿电机圆周将其按相数m进行等分，即各相所占圆心角的弧度为2π/m，且各相分段之间填充有隔磁材料(11)。2.根据权利要求1所述的分段式圆筒型横向磁通直线电机，其特征在于：各相分段初级铁心(1、2、3)由各相初级铁心轭(101、201、301)、位于各相初级铁心轭(101、201、301)上的3列错位分布排列的铁心齿，包括各相外部铁心齿(102、202、302)和各相中间铁心齿(103、203、303)以及铁心齿端部的极靴，包括各相外部铁心齿(102、202、302)端部的极靴(104、204、304)和各相中间铁心齿(103、203、303)端部的极靴(105、205、305)。3.根据权利要求1或2所述的分段式圆筒型横向磁通直线电机，其特征在于：各相分段初级铁心(1、2、3)在运动方向v上呈交替排列的U形和T形铁心结...

【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