专利名称：横向磁通圆筒型永磁直线同步电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及到电机技术，具体涉及到一种圆筒型永磁直线同步电机。
背景技术：
现有的纵向磁通圆筒型永磁直线同步电机的结构如图10所示。当电枢铁
心采用硅钢片叠成时，由于叠片方向为轴向，永磁体以及绕组通电产生的电 枢磁场方向有一部分会与叠片方向相同，在铁心中形成较大的涡流，产生较
大的涡流损耗，并且铁心叠片工艺复杂，加工成本高；如果采用实心铁心， 虽然工艺简单、成本低，但铁心会产生更大的涡流损耗，大大降低电机的效 率。同时，由于相与相之间都存在磁耦合，这一方面会因互感的存在影响电 流的控制精度；另一方面也会因每一相绕组通电产生的磁通所经过的磁路较 长而使定子铁耗较大，从而限制了电机效率的进一步提高。
发明内容
本发明为了解决解决现有直线同步电机效率低、涡流损耗大，叠片铁心 工艺复杂，加工成本高；实心铁心存在更大的涡流损耗；以及存在影响电流 的控制精度和电机的动态特性的互感问题，而提出了一种横向磁通圆筒型永 磁直线同步电机。
本发明包括初级、次级和气隙；
初级包括S个相电枢单元和机壳，其中S=nm， S个相电枢单元排布在 机壳内壁上；相电枢单元包括相单元电枢铁心和相单元电枢绕组，相邻相单 元电枢铁心上的线圈绕向相反；每个相单元电枢铁心为在内圆周上均匀设置 有2q个齿的圆环铁心，相单元电枢绕组为集中绕组，相单元电枢铁心的每个 齿上缠绕线圈，相邻齿上的线圈绕向相反，同一个相单元电枢铁心的齿上所 有线圈串联连接为一个相单元电枢绕组；
次级包括永磁体阵列和轴筒；永磁体阵列排布在轴筒的外壁上；所述永 磁体阵列中的轴向磁极数为P=2i;
当S与P不存在公约数时，则S个相电枢单元沿轴向均分为m组，每相 邻的n个相电枢单元属于一相，同相相邻通相的相单元电枢绕组串联在一起 组成一相绕组；当S与P存在最大公约数j时，则S个相电枢单元沿轴向均分为mj份， 每相邻的n/j个相电枢单元为同一相，属于同一相的相单元电枢绕组串联、 并联或混联组成一个相电枢绕组；
沿轴向相邻两个相电枢单元之间的相单元电枢铁心齿距&与沿轴向永磁 体阵列中的永磁体的极距Tp之间满足关系mkT产(mk士l)i:p，
其中n、 q、 i、 j、 m、 k均自然数，当电机为两相电机时，m=4，否贝U， m为电机的相数。
本发明采用特殊的横向磁通电枢结构，构成一种横向磁通圆筒型永磁直 线同步电机，消除了相间互感，提高了电机的电流及电磁力控制精度和效率。 由于消除了相间的磁耦合，縮短了绕组励磁磁通的磁路，且电枢铁心可以采 用硅钢片叠成，磁通方向与硅钢片叠片方向垂直，因此本发明可以减小电机 的涡流损耗，提高电机的效率，电流控制容易，系统的可靠性高，结构简单， 易实现模块化。本发明的直线电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电 机使用，具有广阔的应用前景。该电机既可以作为电动机使用，也可以作为 发电机使用。
图1是本发明的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机的主视图；图2是图 1的径向剖视图；图3是具体实施方式
三所述的永磁体阵列平面展开图；图4 是具体实施方式
四所述的永磁体阵列的平面展开图；图5是具体实施方式
五 所述的永磁体阵列的平面展开图；图6是具体实施方式
六所述的永磁体阵列 的平面展开图；图7是具体实施方式
八所述的永磁体阵列的平面展开图；图 8是具体实施方式
七所述的永磁体阵列的平面展开图；图9是具体实施方式
九所述的永磁体阵列的平面展开图；图10是现有的纵向磁通圆筒型永磁直线 同步电机的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1和图2说明本实施方式。本实施方式的横向 磁通圆筒型永磁直线同步电机由初级、次级和气隙组成；初级包括S个相电 枢单元1和机壳2，其中S=nm， S个相电枢单元1排布在机壳2内壁上；相 电枢单元1包括相单元电枢铁心3和相单元电枢绕组4，相邻相单元电枢铁心3上的线圈绕向相反；每个相单元电枢铁心3为在内圆周上均匀设置有2q 个齿的圆环铁心，相单元电枢绕组4为集中绕组，相单元电枢铁心3的每个 齿上缠绕线圈，相邻齿上的线圈绕向相反，同一个相单元电枢铁心3的齿上 所有线圈串联连接为一个相单元电枢绕组4;
次级包括永磁体阵列和轴筒6;永磁体阵列排布在轴筒6的外壁上；所 述永磁体阵列中的轴向磁极数为p=2i;
当S与P不存在公约数时，则S个相电枢单元1沿轴向均分为m组，每 相邻的n个相电枢单元1属于一相，同相相邻通相的相单元电枢绕组4串联 在一起组成一相绕组；
当S与P存在最大公约数j时，则S个相电枢单元1沿轴向均分为mj 份，每相邻的n/j个相电枢单元l为同一相，属于同一相的相单元电枢绕组4 串联、并联或混联组成一个相电枢绕组；
沿轴向相邻两个相电枢单元1之间的相单元电枢铁心3齿距it与沿轴向 永磁体阵列中的永磁体的极距Tp之间满足关系mkTt=(mk±l)Tp，
其中n、 q、 i、 j、 m、 k均自然数，当电机为两相电机时，m=4，否则， m为电机的相数。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同点在于轴筒6为 圆筒形或圆柱形；轴筒6为导磁材料或非导磁材料。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于永磁体阵列由瓦片形永磁体51组成，瓦片形永磁体51的充 磁方向为径向充磁，所述多个瓦片形永磁体51沿圆周方向相邻排列组成一个 永磁体圈，沿轴向有2q个永磁体圈相邻排列，每相邻两块瓦片形永磁体51 的充磁方向相反。
本实施方式所述的永磁体阵列由瓦片形永磁体51组成，每一块N极瓦 片形永磁体被4块S极瓦片形永磁体包围，每一块S极瓦片形永磁体也被4 块N极瓦片形永磁体包围。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于永磁体阵列由长条形永磁体52和瓦片形导磁轭53组成，长 条形永磁体52的充磁方向为切向充磁，所述长条形永磁体52和瓦片形导磁轭53沿圆周方向相间排列，所述2q个长条形永磁体52沿轴向相邻排列，所 述2q个瓦片形导磁轭53沿轴向相邻排列，轴向相邻或者圆周向相邻的两块 长条形永磁体52的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
五结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于永磁体阵列由扇形永磁体54和瓦片形导磁轭53组成，扇形 永磁体54的充磁方向为轴向充磁，多个扇形永磁体54沿圆周方向排列组成 一个永磁体环，多个瓦片形导磁轭53沿圆周排列组成一个导磁轭筒，2q个 永磁体环与2q个导磁轭筒沿轴相间排列，每轴向相邻或者圆周向相邻的两块 扇形永磁体54的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
六结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于永磁体阵列由长条形永磁体52、瓦片形导磁轭53和扇形永 磁体54组成,长条形永磁体52和扇形永磁体54分别为切向充磁与轴向充磁， 长条形永磁体52与瓦片形导磁轭53沿圆周方向相间排列，2q个扇形永磁体 54与2q个瓦片形导磁轭53沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块 长条形永磁体52的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体 54的充磁方向相反，并且与同一块瓦片形导磁轭53相邻的两块长条形永磁 体52和两块扇形永磁体54的充磁方向均为指向瓦片形导磁轭53或者均为背 向瓦片形导磁轭53。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七结合图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于永磁体阵列由长条形永磁体52和瓦片形永磁体51组成，长 条形永磁体52与瓦片形永磁体51分别为切向充磁与径向充磁，长条形永磁 体52与瓦片形永磁体51沿圆周方向相间排列，2q个长条形永磁体52沿轴 向相邻排列，2q个瓦片形永磁体51沿轴向相邻排列，每轴向或者圆周向相 邻的两块长条形永磁体52的充磁方向相反;每轴向或者圆周向相邻的两块瓦 片形永磁体51的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体51相 邻的两块长条形永磁体52的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体51;与上表 面为S极的瓦片形永磁体51相邻的两块长条形永磁体52的充磁方向均为背
8向所述瓦片形永磁体51。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方
式一不同点在于永磁体阵列由扇形永磁体54和瓦片形永磁体51组成，扇形 永磁体54与瓦片形永磁体51分别为轴向充磁与径向充磁，扇形永磁体54 沿圆周方向相邻排列，瓦片形永磁体51沿圆周方向相邻排列，2q个扇形永 磁体54和2q个瓦片形永磁体51沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的 两块扇形永磁体54的充磁方向相反;每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永 磁体51的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体51相邻的两 块扇形永磁体54的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体51;与上表面为S极 的瓦片形永磁体51相邻的两块扇形永磁体54的充磁方向均为背向所述瓦片 形永磁体51。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九结合图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于永磁体阵列由长条形永磁体52、扇形永磁体54和瓦片形永 磁体51组成，长条形永磁体52、扇形永磁体54与瓦片形永磁体51分别为 切向充磁、轴向充磁与径向充磁，长条形永磁体52与瓦片形永磁体51沿圆 周方向相间排列，2q+l个扇形永磁体54与2q个瓦片形永磁体51沿轴向相 间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体51的充磁方向相反，每 轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体52的充磁方向相反，每轴向或者圆 周向相邻的两块扇形永磁体54的充磁方向相反，并且与上表面为N极的瓦 片形永磁体51相邻的两块扇形永磁体54和两块长条形永磁体52的充磁方向 均指向所述瓦片形永磁体51;与上表面为S极的瓦片形永磁体51相邻的两 块扇形永磁体54和两块长条形永磁体52的充磁方向均为背向所述瓦片形永 磁体51。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一不同点在于相单元电 枢铁心3采用无齿槽结构，相单元电枢铁心3为圆环形，线圈直接贴附于相 单元电枢铁心3的表面上。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十一本实施方式是具体实施方式
一的一个实施例，其 中111=3， k=2， i=5， n=4， q=3，则有沿轴向相邻两个相电枢单元1之间的相 单元电枢铁心3齿距Tt与沿轴向永磁体阵列中的永磁体的极距ip之间满足关系6Tt=5Tp;相电枢单元1的个数为S-12个，次级永磁体阵列中的永磁体所 形成的轴向磁极数为P-10;
相单元电枢铁心3的内圆周上均匀设置有6个齿，相单元电枢绕组4为 集中绕组，相单元电枢绕组4的每个线圈都绕在相单元电枢铁心3的每个齿 上，每个相单元电枢铁心3的相邻齿上的线圈绕向相反，同一个相电枢单元 电枢铁心上6个线圈All、 A12、 A13、 A14、 A15、 A16串联在一起组成一 个相单元电枢绕组；
S与P存在最大公约数2，即j-2，则12个相电枢单元1沿轴向均分为6 组Al、 A2、 Bl、 B2、 Cl、 C2、 A3， A4、 B3、 B4、 C3、 C4，每相邻的二 个相电枢单元1 (Al与A2、 Bl与B2、 Cl与C2、 A3与A4、 B3与B4、 C3 与C4)上的绕组属于同一相，每相的相邻两个相电枢单元1 (如A1、 A2) 铁心齿上的线圈绕向相反，属于同一相的电枢单元1 (如Al、 A2)上的绕组 串联在一起组成一相绕组(如A相绕组)，其它两相绕组的组成以此类推；
其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施 方式的组合同样也可以实现发明的目的。本发明的电机既可为外初级内次级 结构或为外次级内初级结构，以及电机既可为动初级结构，也可为动次级结 构。
权利要求
1、横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于它包括初级、次级和气隙；初级包括S个相电枢单元(1)和机壳(2)，其中S＝nm，S个相电枢单元(1)排布在机壳(2)内壁上；相电枢单元(1)包括相单元电枢铁心(3)和相单元电枢绕组(4)，相邻相单元电枢铁心(3)上的线圈绕向相反；每个相单元电枢铁心(3)为在内圆周上均匀设置有2q个齿的圆环铁心，相单元电枢绕组(4)为集中绕组，相单元电枢铁心(3)的每个齿上缠绕线圈，相邻齿上的线圈绕向相反，同一个相单元电枢铁心(3)的齿上所有线圈串联连接为一个相单元电枢绕组(4)；次级包括永磁体阵列和轴筒(6)；永磁体阵列排布在轴筒(6)的外壁上；所述永磁体阵列中的轴向磁极数为P＝2i；当S与P不存在公约数时，则S个相电枢单元(1)沿轴向均分为m组，每相邻的n个相电枢单元(1)属于一相，同相相邻通相的相单元电枢绕组(4)串联在一起组成一相绕组；当S与P存在最大公约数j时，则S个相电枢单元(1)沿轴向均分为mj份，每相邻的n/j个相电枢单元(1)为同一相，属于同一相的相单元电枢绕组(4)串联、并联或混联组成一个相电枢绕组；沿轴向相邻两个相电枢单 id="icf0001" file="A2009100720580002C1.tif" wi="6" he="4" top= "168" left = "86" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>1)之间的相单元电枢铁心(3)齿距τt与沿轴向永磁体阵列中的永磁体的极距τp之间满足关系mkτt＝(mk±1)τp，其中n、q、i、j、m、k均自然数，当电机为两相电机时，m＝4，否则，m为电机的相数。
2、 根据权利要求1所述的橫向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于轴筒(6)为圆筒形或圆柱形；轴筒(6)为导磁材料或非导磁材料。
3、 根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于永磁体阵列由瓦片形永磁体(51)组成，瓦片形永磁体(51)的充磁方向为 径向充磁，所述多个瓦片形永磁体(51)沿圆周方向相邻排列组成一个永磁体 圈，沿轴向有2q个永磁体圈相邻排列，每相邻两块瓦片形永磁体(51)的充 磁方向相反。
4、 根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于永磁体阵列由长条形永磁体(52)和瓦片形导磁轭(53)组成，长条形永磁体(52 )的充磁方向为切向充磁，所述长条形永磁体(52 )和瓦片形导磁轭(53 ) 沿圆周方向相间排列，所述2q个长条形永磁体(52)沿轴向相邻排列，所述 2q个瓦片形导磁轭(53)沿轴向相邻排列，轴向相邻或者圆周向相邻的两块 长条形永磁体(52)的充磁方向相反。
5、 根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于永磁体阵列由扇形永磁体(54)和瓦片形导磁轭(53)组成，扇形永磁体(54) 的充磁方向为轴向充磁，多个扇形永磁体(54)沿圆周方向排列组成一个永磁 体环，多个瓦片形导磁轭(53)沿圆周排列组成一个导磁轭筒，2q个永磁体 环与2q个导磁轭筒沿轴相间排列，每轴向相邻或者圆周向相邻的两块扇形永 磁体(54)的充磁方向相反。
6、 根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于永磁体阵列由长条形永磁体(52)、瓦片形导磁轭(53)和扇形永磁体(54) 组成，长条形永磁体(52)和扇形永磁体(54)分别为切向充磁与轴向充磁， 长条形永磁体(52)与瓦片形导磁轭(53)沿圆周方向相间排列，2q个扇形 永磁体(54)与2q个瓦片形导磁轭(53)沿轴向相间排列，每轴向或者圆周 向相邻的两块长条形永磁体(52)的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的 两块扇形永磁体(54)的充磁方向相反，并且与同一块瓦片形导磁轭(53)相 邻的两块长条形永磁体(52)和两块扇形永磁体(54)的充磁方向均为指向所 述瓦片形导磁轭(53)或者均为背向所述瓦片形导磁轭(53)。
7、 根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于永磁体阵列由长条形永磁体(52)和瓦片形永磁体(51)组成，长条形永磁 体(52)与瓦片形永磁体(51)分别为切向充磁与径向充磁，长条形永磁体(52) 与瓦片形永磁体(51)沿圆周方向相间排列，2q个长条形永磁体(52)沿轴 向相邻排列，2q个瓦片形永磁体(51)沿轴向相邻排列，每轴向或者圆周向 相邻的两块长条形永磁体(52)的充磁方向相反；每轴向或者圆周向相邻的两 块瓦片形永磁体(51)的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁 体(51)相邻的两块长条形永磁体(52)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(51);与上表面为S极的瓦片形永磁体(51)相邻的两块长条形永磁体(52) 的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体(51)。
8、 根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于永磁体阵列由扇形永磁体(54)和瓦片形永磁体(51)组成，扇形永磁体(54) 与瓦片形永磁体(51)分别为轴向充磁与径向充磁，扇形永磁体(54)沿圆周 方向相邻排列，瓦片形永磁体(51)沿圆周方向相邻排列，2q个扇形永磁体 (54)和2q个瓦片形永磁体(51)沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻 的两块扇形永磁体(54)的充磁方向相反；每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片 形永磁体(51)的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体(51) 相邻的两块扇形永磁体(54)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(51);与 上表面为S极的瓦片形永磁体(51)相邻的两块扇形永磁体(54)的充磁方向 均为背向所述瓦片形永磁体(51)。
9、根据权利要求1所述的横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于永磁体阵列由长条形永磁体(52)、扇形永磁体(54)和瓦片形永磁体(51) 组成，长条形永磁体(52)、扇形永磁体(54)与瓦片形永磁体(51)分别为 切向充磁、轴向充磁与径向充磁，长条形永磁体(52)与瓦片形永磁体(51) 沿圆周方向相间排列，2q+l个扇形永磁体(54)与2q个瓦片形永磁体(51) 沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体(51)的充磁方 向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体(52)的充磁方向相反， 每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体(54)的充磁方向相反，并且与上表 面为N极的瓦片形永磁体(51)相邻的两块扇形永磁体(54)和两块长条形 永磁体(52)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(51);与上表面为S极的 瓦片形永磁体(51)相邻的两块扇形永磁体(54)和两块长条形永磁体(52) 的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体(51)。
全文摘要
横向磁通圆筒型永磁直线同步电机，它涉及电机领域，它解决了现有直线电机效率低、涡流损耗大、工艺复杂；以及影响控制精度和动态特性的问题，本发明包括初级、次级和气隙；相电枢单元数为S＝nm，其中n为自然数，次级永磁体所形成的轴向磁极数为P＝2i，其中i为自然数；当S与P不存在公约数时，则S个相电枢单元沿轴向均分为m组，每相邻的n个相电枢单元属于一相，当S与P存在最大公约数j时，则S个相电枢单元沿轴向均分为mj份，每相邻的n/j个相电枢单元上的绕组属于一相，沿轴向相邻两个相电枢单元之间的相单元电枢铁心齿距τ<sub>t</sub>与沿轴向永磁体的极距τ<sub>p</sub>之间满足关系mkτ<sub>t</sub>＝(mk±1)τ<sub>p</sub>，其中m、k均自然数，m为电机的相数。该电机既可作电动机，也可作发电机。
文档编号H02K41/03GK101552534SQ200910072058
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者寇宝泉, 赫 张, 鲁 张, 谢大纲 申请人:哈尔滨工业大学