独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构及其驱动方法技术

独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构及其驱动方法，属于直线电机技术领域，为了解决现有的电机系统的能量损耗过高的问题。本发明专利技术的定子由多个相同的无齿槽模块单元等间距排列构成；每个无齿槽模块单元包括定子铁轭和绕组；绕组通过非金属材料安装支架固定在定子铁轭的正上方；动子包括动子铁轭和永磁体；永磁体设置在动子铁轭的正下方，并且位于绕组的正上方。有益效果为模块化直线电机的优势是其柔性好，根据具体的安装情况调整电机的结构，定子是由模块化的单元构成的，具有可扩展性强的特点；电机系统的能量损耗低。电机系统的能量损耗低。电机系统的能量损耗低。

【技术实现步骤摘要】
独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构及其驱动方法


[0001]本专利技术属于直线电机


技术介绍

[0002]直线电机省去了复杂的传动结构，在机床等领域广泛应用；在长行程领域，永磁同步直线电机的定子长度与行程长度一致，现有电机运行过程中所有定子绕组均需通电；但与动子耦合的绕组有限，造成了大量的电能浪费；此外，绕组长时间不间断的供电，还会导致电机系统的温升过高，劣化电机的推力特性；为了降低系统的能量损耗，就要控制绕组电流的通入时间；永磁同步直线电机有效工作段只有永磁体与绕组耦合部分，但动子是运动的，整个行程中的绕组均有耦合的可能；现有的电机结构是将绕组分为ABC三相，电机在运行过程中，所有的绕组均通入电流，造成了电能的浪费。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有的电机系统的能量损耗过高的问题，提出了独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构及其驱动方法。
[0004]本专利技术所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构包括定子和动子；
[0005]所述定子由多个相同的无齿槽模块单元等间距排列构成；每个无齿槽模块单元包括定子铁轭和绕组；
[0006]所述绕组通过非金属材料安装支架固定在定子铁轭的正上方；
[0007]所述动子包括动子铁轭和永磁体；
[0008]永磁体设置在动子铁轭的正下方，并且位于绕组的正上方。
[0009]进一步的，所述定子由多个相同的有齿槽模块单元等间距排列构成；每个有齿槽模块单元包括定子铁轭、绕组和齿槽；
[0010]所述绕组通过非金属材料安装支架固定在齿槽内，并设置在定子铁轭的正上方。
[0011]进一步的，该拓扑结构包括的动子为多个；
[0012]多个动子分别设置在定子的正上方，并且多个动子的控制方式为独立的。
[0013]进一步的，所述有齿槽模块单元的绕组为三相独立绕组或为三相与多相并存绕组。
[0014]独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构的驱动方法包括基于位置信息的切换方法、反电势过零点切换方法和电流过零点切换方法；
[0015]所述基于位置信息的切换方法为：通过识别动子的位置信号与绕组之间的距离来确定通入电流的时间；并对各个无齿槽模块单元的绕组固有的位置进行标定；位置信号反馈的是动子的运行前端的位置；当绕组与动子运行前端有重合时，该绕组通入电流；当绕组与动子没有位置重合时绕组断电；
[0016]所述反电势过零点切换方法为：绕组通电满足两个条件；一是绕组在动子的运行方向上尚未耦合，此时绕组与动子的间隔距离不超过三个绕组本身的距离；二是绕组所对
应的相反电势为零的时刻通入电流；
[0017]所述电流过零点切换方法为：绕组通电满足两个条件；一是绕组在动子的运行方向上尚未耦合，此时绕组与动子的间隔距离不超过三个绕组本身的距离；二是绕组所对应的相电流的值为零的时刻通入电流。
[0018]本专利技术的有益效果是：模块化直线电机的优势是其柔性好，根据具体的安装情况调整电机的结构，定子是由模块化的单元构成的，具有可扩展性强的特点；电机系统的能量损耗低；而且，当电机的某一绕组损坏，只将损坏的模块替换掉，极大的节省了维护成本；由于模块化直线电机的绕组彼此之间相互独立，电机的通电模式可以随意更改；实现了多个电机动子的独立控制；同时多余扩展的动子没有尺寸的约束。
附图说明
[0019]图1为具体实施方式一所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构示意图；
[0020]图2为具体实施方式二中的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构示意图；
[0021]图3为具体实施方式三中的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构示意图；
[0022]图4为具体实施方式四中的三相独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构示意图；
[0023]图5为具体实施方式四中的三相与多相并存独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构示意图；
[0024]图6为具体实施方式五中不间断供电电机推力波形示意图；
[0025]图7为具体实施方式五中基于位置信息切换电机推力波形示意图；
[0026]图8为具体实施方式五中反电势过零点切换电机推力波形示意图；
[0027]图9为具体实施方式五中电流过零点切换电机推力波形示意图；
[0028]图10为具体实施方式五中不间断供电绕组损耗波形示意图；
[0029]图11为具体实施方式五中基于位置信息切换绕组损耗波形示意图；
[0030]图12为具体实施方式五中反电势过零点切换绕组损耗波形示意图；
[0031]图13为具体实施方式五中电流过零点切换绕组损耗波形示意图。
具体实施方式
[0032]具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构包括定子和动子；
[0033]所述定子由多个相同的无齿槽模块单元等间距排列构成；每个无齿槽模块单元包括定子铁轭3和绕组4；
[0034]所述绕组4通过非金属材料安装支架固定在定子铁轭3的正上方；
[0035]所述动子包括动子铁轭1和永磁体2；
[0036]永磁体2设置在动子铁轭1的正下方，并且位于绕组4的正上方。
[0037]在本实施方式中，提供的是无槽式模块化直线电机，在实际安装时，根据不同的电机行程要求选择无齿槽模块单元的安装个数。模块化直线电机的优势是其柔性好，根据具体的安装情况调整电机的结构，定子是由无齿槽模块单元构成的，具有可扩展性强的特点；而且，当电机的某一绕组4损坏，现有的直线电机结构只能将整个电机报废，但无齿槽模块单元电机只将损坏的无齿槽模块单元替换掉即可，极大的节省了维护成本。
[0038]具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构进一步限定，在本实施方式中，所述定子由多个相同的有齿槽模块单元等间距排列构成；每个有齿槽模块单元包括定子铁轭3、绕组4和齿槽5；
[0039]所述绕组4通过非金属材料安装支架固定在齿槽5内，并设置在定子铁轭3的正上方。
[0040]在本实施方式中，提供的是有槽式模块化直线电机，在实际安装时，根据不同的电机行程要求选择有齿槽模块单元的安装个数。齿槽的设计，大幅增加了电机的推力密度。
[0041]具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构进一步限定，在本实施方式中，该拓扑结构包括的动子为多个；
[0042]多个动子分别设置在定子的正上方，并且多个动子的控制方式为独立的。
[0043]在本实施方式中，现有的直线电机只能安装一个动子，但由于模块化直线电机的绕组彼此之间相互独立，电机的通电模式可以随意更改；实现了多个电机动子的独立控制；因为各个绕组能够独立控制，所以通过对不同动子耦合的绕组通入不同时序的电流实现多个动子的独立控制；由于定子绕组是独立控制的，每个线圈的驱动电路之间没有干扰，所以能够自由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构，其特征在于，该拓扑结构包括定子和动子；所述定子由多个相同的无齿槽模块单元等间距排列构成；每个无齿槽模块单元包括定子铁轭(3)和绕组(4)；所述绕组(4)通过非金属材料安装支架固定在定子铁轭(3)的正上方；所述动子包括动子铁轭(1)和永磁体(2)；永磁体(2)设置在动子铁轭(1)的正下方，并且位于绕组(4)的正上方。2.根据权利要求1所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构，其特征在于，所述定子由多个相同的有齿槽模块单元等间距排列构成；每个有齿槽模块单元包括定子铁轭(3)、绕组(4)和齿槽(5)；所述绕组(4)通过非金属材料安装支架固定在齿槽(5)内，并设置在定子铁轭(3)的正上方。3.根据权利要求2所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构，其特征在于，该拓扑结构包括的动子为多个；多个动子分别设置在定子的正上方，并且多个动子的控制方式为独立的。4.根据权利要求2所述的独立绕组永磁同步直线电机拓扑结构，其特征在于，所述有齿槽模块单元的绕组(4)为三相独立绕组或...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙钦伟，王明义，李俊驰，康凯，李立毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：