一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机制造技术

一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机，电机由动子支架、电枢齿、电枢绕组、气隙、磁极和定子轭部组成，动子支架包括动子轭和辅助齿,电枢齿和辅助齿采用不等宽结构，电枢绕组缠绕在电枢齿上；电枢齿和辅助齿交替设置在动子轭的内壁上；磁极设置在定子轭部上，磁极与电枢齿及辅助齿对应设置，且磁极与电枢齿及辅助齿之间形成气隙。用有取向硅钢片轧制方向导磁性能好的特点，可将饱和工作点提高，使定子电流产生的磁动势增大，从而提高定子齿部磁通密度和气隙磁通密度，达到提高直线电机单位体积下推力密度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机
本技术属于电机
，具体涉及一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机。
技术介绍
软磁复合材料(SoftMagneticComposites，SMC)采用粉末冶金技术将预先混合的高纯度带有绝缘层的铁粉与有机材料模压成型与传统的金属磁性材料相比，近年来已经在电磁装置中取得应用。软磁复合材料还具有涡流损耗小的特点，在高频情况下可以大大降低电机的铁耗，广泛应用于高频变压器、高频电机、传感器和互感器等电力电子领域。但是其导磁率较低，限制了其在低频情况的应用。有取向硅钢片是常用于变压器等磁路方向性较强的电器的铁磁材料，其轧制方向的导磁率要明显高于无取向硅钢片，但是剪切方向的磁导率较低，使其在电机中鲜有应用。近年来，有些学者将软磁复合材料用于电磁弹射等领域的直线电机电枢中的案例，从而解决高频电机铁耗高、散热困难等问题。但是，软磁复合材料磁化特性曲线的膝点磁密和饱和磁密均低于传统的电工钢片，其膝点磁密为1.35-1.4T，饱和磁密不到1.6T，而23RK090型有取向硅钢片，其轧制方向的膝点磁密为1.7T，饱和磁密约2T，具有良好的磁性能。
技术实现思路
技术目的：一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机，其目的是解决以往所存在的问题。技术方案：采用长定子短动子结构，定子上铺有依次异向充磁的永磁体，可以根据具体情况延长定子的长度。动子采用不等齿混合结构，不等齿分为大齿和小齿。大齿上绕有绕组，形成电枢齿；而小齿上无绕组缠绕，形成辅助齿。绕组之间形成单齿间隔绕组。辅助齿与动子轭部采用软磁复合材料模压成型，形成动子支架，并且动子支架开有镶嵌电枢齿的槽；电枢齿采用有取向硅钢片叠压而成，并且大齿根部固定在动子支架的槽中。本专利选用电阻很高的软磁复合材料和导磁性能各向异性的有取向硅钢片作为动子铁芯材料，充分利用软磁复合材料有取向硅钢片混合动子永磁直线电机的磁路特点，将电机的磁路特性与材料的导磁特性充分结合。不仅能够输出较高的推力，而且能够降低直线电机的齿槽转矩波动直线电机特有的端部定位力。一种软磁复合材料混合结构不等齿永磁直线电机，电机的槽数和极数接近，电机由动子支架、电枢齿、电枢绕组、气隙、磁极和定子轭部组成，动子支架包括动子轭和辅助齿,电枢齿和辅助齿采用不等宽结构，电枢绕组缠绕在电枢齿上；电枢齿和辅助齿交替设置在动子轭的内壁上；磁极设置在定子轭部上，磁极与电枢齿及辅助齿对应设置，且磁极与电枢齿及辅助齿之间形成气隙。在动子轭的内壁还设置有U形槽；电枢绕组缠绕于电枢齿上，然后嵌于动子轭内壁的U形槽中，利用环氧树脂封装形成整体。有取向硅钢片自铆叠压成电枢齿((C)为电枢齿叠压方向)，保证有取向硅钢片的轧制方向(A)与动子纵向方向(D)保持一致，有取向硅钢片的剪切方向(B)与动子运动方向(E)一致。动子支架由软磁复合材料模压成型铸造而成。一种软磁复合材料混合结构不等齿永磁直线电机，其结构如图1所示，由长定子和短动子组成，动子为有铁芯结构。电机的磁路从一个磁极出发，通过气隙进入大齿，然后通过动子轭部和小齿，进入与原磁极异性充磁的磁极，最后经过定子轭部形成闭合回路。此类电机的磁路具有轭部磁路短，齿部磁路长的特点，并且采用间隔绕组，使得电枢齿磁密高，辅助齿磁密低。因此，电枢齿采用大齿，辅助齿采用小齿，将较长且磁密高的电枢齿部磁路方向与有取向硅钢片的高导磁率方向(轧制方向)保持一致，磁密较低的辅助齿和磁路较短的动子轭部采用导磁率较低的软磁复合材料。动子轭部与辅助齿采用软磁复合材料模压成型，由于软磁复合材料较高的电阻率，不使用冲片叠压技术也可以使电机的涡流损耗较小，并且近极槽电机较短的轭部磁路规避了软磁复合材料导磁率较低的问题；电枢齿采用有取向硅钢片叠压而成，叠压方向为垂直于纸面的方向，动子铁芯采用半闭口槽结构，电枢齿的有取向硅钢片的剪切方向(垂直于轧制方向)与动子行走方向一致，也与齿顶漏磁方向一致，一定程度上解决了半闭口槽增加齿顶漏磁的问题，从而进一步提高直线电机推力密度。辅助齿采用软磁复合材料，磁阻较大，可以有效减小齿顶漏磁，进一步降低推力波动，提高推力密度。直线电机端部开断引起的端部定位力，会引起电机的推力波动，是直线电机特有的问题；软磁复合材料有取向硅钢片混合动子永磁直线电机动子端部漏磁的方向与有取向硅钢片的剪切方向一致，端部漏磁降低，并且软磁复合材料较低的磁导率也降低了端部漏磁，一定程度上削弱了端部开断而造成的三相磁路不对称的问题，从而降低了端部定位力。电枢齿齿顶宽的参数设计方法：设动子槽口宽度为W，动子的长度为L，动子铁芯有Q个齿，则定子齿距为Z＝L/Q。设极距为τ，极弧系数为α，则电枢齿齿顶宽x2＝τ×α。电枢齿和辅助齿的齿顶宽之和为2Z-2W，因此辅助齿的齿顶宽设计为y2＝2Z-2W-τ×α。在设计电枢齿齿顶宽x2和辅助齿齿顶宽y2的基础上，借助有限元仿真软件ANSOFT来确定电枢齿齿宽(x1)和辅助齿齿宽(y1)。在空载条件下，在齿部画一个辅助直线，计算电枢齿和辅助齿的齿磁密，通过调整电枢齿的齿宽(x1)、齿顶宽(x2)和辅助齿的齿宽(y1)、齿顶宽(y2)，使电枢齿(2)的齿磁密接近有取向硅钢片的磁化曲线膝点，辅助齿(9)的齿磁密接近软磁复合材料磁化曲线的膝点。通常有取向硅钢片轧制方向磁化曲线的膝点为1.7T-1.8T，软磁复合材料磁化曲线的膝点为1.35T-1.4T。膝点的具体数值与选取的硅钢片和软磁复合材料的型号有关。这个关系属于现有公知的特征，属于隐含的公开的特征，这里不再赘述。本技术的有益效果：一种软磁复合材料混合结构不等齿永磁直线电机，采用有取向硅钢片和软磁复合材料混合动子结构，实现了有取向硅钢片各向异性的导磁性能和软磁复合材料低涡流损耗与本技术电机的磁路特性相结合。动子采用不等齿结构，电枢齿采用大齿，辅助齿采用小齿，充分考虑了电枢齿磁密高，辅助齿磁密低的特点。电枢齿磁力线方向与有取向硅钢片的轧制方向(高导磁性能方向)相一致，动子辅助齿及轭部采用软磁复合材料；首先，利用有取向硅钢片轧制方向导磁性能好的特点，可将饱和工作点提高，使定子电流产生的磁动势增大，从而提高定子齿部磁通密度和气隙磁通密度，达到提高直线电机单位体积下推力密度的目的；其次，利用软磁复合材料高电阻率的特点，降低电机在高频运行时的涡流损耗；同时，采用半闭口槽，使直线电机推力波动降低的同时，有取向硅钢片剪切方向(垂直于轧制方向)导磁率低，有效地抑制了半闭口槽的齿顶漏磁，因而可以减小了推力波动，并且进一步提高了直线电机的推力密度；另外，剪切方向导磁性能差，这可以在一定程度上抑制直线电机因为端部开断而造成的磁路不对称问题，进而降低端部定位力。附图说明图1是本技术一种实施例的软磁复合材料混合结构不等齿永磁直线电机结构示意图。图2是图1中动子支架示意图。图3是图1中电枢齿示意图。图4是电枢齿及辅助齿齿宽与齿顶宽示意图。图中1.动子支架，2.电枢齿，3.电枢绕组，4.气隙，5.磁极，6.定子轭部，7.动子轭，8.U形槽，9.辅助齿，10.有取向硅钢片，A.轧制方向，B.剪切方向，C.叠压方向，D、纵向方向，E、动子运行方向、x1.电枢齿齿宽，x2.电枢齿齿顶宽，y1.辅助齿齿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机，其特征在于：电机由动子支架(1)、电枢齿(2)、电枢绕组(3)、气隙(4)、磁极(5)和定子轭部(6)组成，动子支架(1)包括动子轭(7)和辅助齿(9),电枢齿(2)和辅助齿(9)采用不等宽结构，电枢绕组(3)缠绕在电枢齿(2)上；电枢齿(2)和辅助齿(9)交替设置在动子轭(7)的内壁上；磁极(5)设置在定子轭部(6)上，磁极(5)与电枢齿(2)及辅助齿(9)对应设置且磁极(5)与电枢齿(2)及辅助齿(9)之间形成气隙(4)。

【技术特征摘要】
1.一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电机，其特征在于：电机由动子支架(1)、电枢齿(2)、电枢绕组(3)、气隙(4)、磁极(5)和定子轭部(6)组成，动子支架(1)包括动子轭(7)和辅助齿(9),电枢齿(2)和辅助齿(9)采用不等宽结构，电枢绕组(3)缠绕在电枢齿(2)上；电枢齿(2)和辅助齿(9)交替设置在动子轭(7)的内壁上；磁极(5)设置在定子轭部(6)上，磁极(5)与电枢齿(2)及辅助齿(9)对应设置且磁极(5)与电枢齿(2)及辅助齿(9)之间形成气隙(4)。2.根据权利要求1所述的一种软磁复合材料不等齿混合结构永磁直线电...

【专利技术属性】
技术研发人员：董婷，魏学鹏，王玲玲，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21