一种双边无铁芯永磁同步直线电机制造技术

本发明专利技术提供了一种双边无铁芯永磁同步直线电机，其包括两层呈上下间隔错位布置的磁极阵列，磁极阵列通过横截面为等腰三角形且水平充磁的磁极一、横截面为直角三角形且斜向充磁的磁极二和横截面为矩形且竖直充磁的磁极三构成，其中相邻的两个磁极三为不等宽布置。由此，直线电机采用新型双边Halbach磁极构型，通过磁极错位和磁极不等宽相结合，在极距不变的前提下，改变了竖直充磁的主磁极宽度，这种结构有利于提高气隙磁场波形正弦性，对比传统Halbach构型具有更高的可调性，有助于对电机整体达到更高的性能；并且，采用这种新型双边Halbach磁极构型还能够有效的提升基波幅值进一步的提高输出力，同时减小推力波动，在相同磁极用量下实现输出性能最大化。磁极用量下实现输出性能最大化。磁极用量下实现输出性能最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种双边无铁芯永磁同步直线电机


[0001]本专利技术属于电机
，特别是涉及一种双边无铁芯永磁同步直线电机。

技术介绍

[0002]双边无铁芯永磁同步直线电机由于法向力互相抵消，没有齿槽力，具有推力波动小的特点，被广泛应用在高精密的加工中，是光刻机中的重要驱动。电机的两边由固定永磁体产生磁场，中间由通电线圈构成动子，通电线圈在磁场中受力的作用产生运动。磁场强度越大，动子产生推力越大；气隙磁场的正弦性越好，推力波动越小。两侧的固定磁极产生的磁场对输出性能有很大影响，常应用于双边无铁心永磁同步直线电机磁极阵列是哈尔巴赫(Halbach)磁极阵列。双边无铁心永磁同步直线电机的推力波动是一个重要的指标，然而降低推力波动往往伴随着推力密度的减小。在外部尺寸确定的情况下，传统Halbach磁极阵列产生的气隙磁场往往正弦性不好，推力波动大，在相同磁极用量下输出性能不能达到最大化。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术的目的在于提供一种气隙磁密正弦性更高的双边无铁心永磁同步直线电机。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种双边无铁芯永磁同步直线电机，包括动子以及定子，所述动子包括线圈绕组和绕组连接板；所述定子包括上侧磁极阵列和下侧磁极阵列；所述动子滑设于所述上侧磁极阵列和所述下侧磁极阵列之间；
[0006]所述上侧磁极阵列由多个磁路闭合的上侧磁极构型单元依次拼接构成，相邻的两个所述上侧磁极构型单元的磁路走势方向相反；所述上侧磁极构型单元包括一个横截面为等腰三角形的第一磁极、两个横截面为直角三角形的第二磁极和两个横截面为矩形的第三磁极，所述第一磁极的腰边侧面与所述第二磁极的斜边侧面拼合，所述第三磁极的直角侧面与所述第二磁极的直角侧面拼合；
[0007]同一个所述上侧磁极构型单元中，当所述第一磁极的充磁方向为水平向左充磁时，位于所述第一磁极左侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向右下充磁，位于所述第一磁极左侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向下充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向左上充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向上充磁；当所述第一磁极的充磁方向为水平向右充磁时，位于所述第一磁极左侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向右上充磁，位于所述第一磁极左侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向上充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向右下充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向下充磁；其中，充磁方向为竖直向上的第三磁极的宽度大于充磁方向为竖直向下的第三磁极的宽度；
[0008]所述下侧磁极阵列由多个磁路闭合的下侧磁极构型单元依次拼接构成，相邻的两个所述下侧磁极构型单元的磁路走势方向相反；所述下侧磁极构型单元包括一个横截面为等腰三角形的第四磁极、两个横截面为直角三角形的第五磁极和两个横截面为矩形的第六磁极，所述第四磁极的腰边侧面与所述第五磁极的斜边侧面拼合，所述第六磁极的直角侧面与所述第五磁极的直角侧面拼合；
[0009]同一个所述下侧磁极构型单元中，当所述第四磁极的充磁方向为水平向左充磁时，位于所述第四磁极左侧方向的所述第五磁极的充磁方向为斜向左上充磁，位于所述第四磁极左侧方向的所述第六磁极的充磁方向为竖直向上充磁，位于所述第四磁极右侧方向的所述第五磁极的充磁方向为斜向左下充磁，位于所述第四磁极右侧方向的所述第六磁极的充磁方向为竖直向下充磁；当所述第四磁极的充磁方向为水平向右充磁时，位于所述第四磁极左侧方向的所述第五磁极的充磁方向为斜向右下充磁，位于所述第四磁极左侧方向的所述第六磁极的充磁方向为竖直向下充磁，位于所述第四磁极右侧方向的所述第五磁极的充磁方向为斜向右上充磁，位于所述第四磁极右侧方向的所述第六磁极的充磁方向为竖直向上充磁；其中，充磁方向为竖直向下的第六磁极的宽度大于充磁方向为竖直向上的第六磁极的宽度；
[0010]充磁方向为竖直向下的所述第三磁极的中心线与充磁方向为竖直向下的所述第六磁极的中心线在同一条直线上；
[0011]充磁方向为竖直向上的所述第三磁极的中心线与充磁方向为竖直向上的所述第六磁极的中心线在同一条直线上。
[0012]作为本专利技术的优选方案，相邻的两个所述上侧磁极构型单元中，位于前一个磁极构型单元右侧的第三磁极与位于后一个磁极构型单元左侧的第三磁极为同一个磁极；相邻的两个所述下侧磁极构型单元中，位于前一个磁极构型单元右侧的第六磁极与位于后一个磁极构型单元左侧的第六磁极为同一个磁极。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述第二磁极的充磁方向平行于所述第二磁极的斜边；所述第四磁极的充磁方向平行于所述第四磁极的斜边。
[0014]作为本专利技术的优选方案，所述第二磁极的充磁方向与所述第一磁极的充磁方向所形成的夹角为45度；所述第五磁极的充磁方向与所述第四磁极的充磁方向所形成的夹角为45度。
[0015]作为本专利技术的优选方案，所述定子包括呈上下间隔布置的上背铁和下背铁，所述上背铁的两端和所述下背铁的两端分别通过端板连接固定并形成具有开口的腔体，所述上侧磁极阵列固定在所述上背铁的下表面，所述下侧磁极阵列固定在所述下背铁的上表面。
[0016]作为本专利技术的优选方案，所述绕组连接板的部分从所述腔体的开口伸出并形成用于外接执行部件的连接部。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述端板的内侧面设有与所述动子移动方向相对的橡胶垫。
[0018]实施本专利技术实施例的双边无铁芯永磁同步直线电机，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
[0019]本专利技术实施例的双边无铁芯永磁同步直线电机采用新型双边Halbach磁极构型，磁极错位和磁极不等宽相结合，在极距不变的前提下，改变了竖直充磁的主磁极宽度，这种
结构有利于提高气隙磁场波形正弦性，对比传统Halbach构型具有更高的可调性，有助于对电机整体达到更高的性能；并且，这种新型双边Halbach磁极构型还能够有效的提升基波幅值进一步的提高输出力，同时减小推力波动，在相同磁极用量下实现输出性能最大化；此外，该新型双边Halbach磁极构型还能够适用于双层的旋转电机。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例的双边无铁芯永磁同步直线电机的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例的双边无铁芯永磁同步直线电机的主视图；
[0022]图3是新型双边Halbach磁极构型的结构示意图；
[0023]图4是传统Halbach磁极构型的结构示意图；
[0024]图5是传统Halbach磁极构型和本实施例的新型双边Halbach磁极构型分别运用于双边无铁芯永磁同步直线电机时的气隙磁密波形对比图；
[0025]图6是传统Halbach磁极构型和本实施例的新型双边Halbach磁极构型分别运用于双边无铁芯永磁同步直线电机的FFT对比图；
[0026]图7是传统Halbach磁极构型和本实施例的新型双边Halbac本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双边无铁芯永磁同步直线电机，包括动子以及定子，所述动子包括线圈绕组和绕组连接板；所述定子包括上侧磁极阵列和下侧磁极阵列；所述动子滑设于所述上侧磁极阵列和所述下侧磁极阵列之间；其特征在于：所述上侧磁极阵列由多个磁路闭合的上侧磁极构型单元依次拼接构成，相邻的两个所述上侧磁极构型单元的磁路走势方向相反；所述上侧磁极构型单元包括一个横截面为等腰三角形的第一磁极、两个横截面为直角三角形的第二磁极和两个横截面为矩形的第三磁极，所述第一磁极的腰边侧面与所述第二磁极的斜边侧面拼合，所述第三磁极的直角侧面与所述第二磁极的直角侧面拼合；同一个所述上侧磁极构型单元中，当所述第一磁极的充磁方向为水平向左充磁时，位于所述第一磁极左侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向右下充磁，位于所述第一磁极左侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向下充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向左上充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向上充磁；当所述第一磁极的充磁方向为水平向右充磁时，位于所述第一磁极左侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向右上充磁，位于所述第一磁极左侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向上充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第二磁极的充磁方向为斜向右下充磁，位于所述第一磁极右侧方向的所述第三磁极的充磁方向为竖直向下充磁；其中，充磁方向为竖直向上的第三磁极的宽度大于充磁方向为竖直向下的第三磁极的宽度；所述下侧磁极阵列由多个磁路闭合的下侧磁极构型单元依次拼接构成，相邻的两个所述下侧磁极构型单元的磁路走势方向相反；所述下侧磁极构型单元包括一个横截面为等腰三角形的第四磁极、两个横截面为直角三角形的第五磁极和两个横截面为矩形的第六磁极，所述第四磁极的腰边侧面与所述第五磁极的斜边侧面拼合，所述第六磁极的直角侧面与所述第五磁极的直角侧面拼合；同一个所述下侧磁极构型单元中，当所述第四磁极的充磁方向为水平向左充磁时，位于所述第四磁极左侧方向的所述第五磁极的充磁方向为斜向左上充磁，位于所述第四磁极左侧方向的所述第六磁极的充磁方向为竖直向上充磁，位于所述第四磁极右侧方向的所述第五磁极的充磁方向为斜向左下充磁，位于所述第四磁极右侧方向的所述第六磁极的充磁方向为竖直向下充磁；当所述第四磁极的充磁方向为水平向右充磁时，位于所述第四磁极左侧方...

【专利技术属性】
技术研发人员：严亮，李越，向芃桔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：