专利名称：并联磁路圆筒型永磁直线同步电机的制作方法
技术领域：
本发明具体涉及一种永磁直线同步电机。
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7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。另外，由于电机 的涡流损耗大、散热困难，致使电机的温升高、寿命短。而且当次级极距较 小时，使得电枢铁心齿宽与槽宽无法得到保证，电机的材料利用率低，性能 变差。
发明内容
本发明为了解决现有纵向磁通永磁直线同步电机存在的结构复杂、散热 效果差、温升高，电机极距与齿距宽度存在冲突的问题，而提出的一种并联 磁路圆筒型永磁直线同步电机。
并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，它包括初级、次级和气隙；次级包 括永磁体阵列和轴筒；永磁体阵列固定设置在轴筒上；初级包括相电枢单元 和机壳；相电枢单元沿轴向依次排列在机壳内；相电枢单元包括相电枢铁心 单元和相电枢绕组单元；每个相电枢铁心单元包括i+l个圆环形铁心与i个 铁心段间隔环，其中i为正整数；所述的i+l个圆环形铁心与i个铁心段间隔 环沿轴向依次间隔排列； 一个圆环形铁心与一个铁心段间隔环的轴向厚度之 和等于2、，其中Tp为永磁体极距；沿轴向相邻两个相电枢单元的中心线之 间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列的永磁体的极距巧之间满足关系为Lt=kTp± (l/m)Tp，其中m、 k均正整数，m为电机的相数，m^3;每个相电枢铁心单元的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，相电枢绕组单元 的线圈缠绕在相电枢铁心单元的齿上，并且相邻齿上的线圈绕向相反，每个 相电枢铁心单元的齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元，同相的 相单元电枢绕组串联或并联连接组成一个相电枢绕组。
本发明并联磁路圆筒型永磁直线同步电机的结构，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；同时，电机的散热效果好、温升 低、寿命长；可实现模±夹化、电机极距与齿距的最优化。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。
图1是本发明的直线电机结构示意图；图2是本发明的直线电机左视图； 图3是永磁体阵列5在具体实施二中平面展开示意图；图4是永磁体阵列5 在具体实施三中平面展开示意图；图5是具体实施方式
六次级的左视图；图 6是具体实施方式
六中次级结构示意图；图7是现有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，本实施方式包括初 级、次级和气隙；次级包括永磁体阵列5和轴筒6;永磁体阵列5固定设置 在轴筒6上；初级包括相电枢单元1和机壳2;相电枢单元l沿轴向依次排 列在机壳2内；相电枢单元1包括相电枢铁心单元3和相电枢绕组单元4;
其特征在于每个相电枢铁心单元3包括i+l个圆环形铁心31与i个铁心段间 隔环32，其中i为正整数；所述的i+l个圆环形铁心31与i个铁心段间隔环 32沿轴向依次间隔排列； 一个圆环形铁心31与一个铁心段间隔环32的轴向 厚度之和等于2tp，其中Tp为永磁体极距；沿轴向相邻两个相电枢单元1的 中心线之间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列5的永磁体的极距巧之间满足关系 为L产kTp士(l/m)Tp，其中m、 k均正整数，m为电机的相数，m^3;每个相电 枢铁心单元3的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，相电 枢绕组单元4的线圈缠绕在相电枢铁心单元3的齿上，并且相邻齿上的线圈 绕向相反，每个相电枢铁心单元3的齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢 绕组单元4，同相的相单元电枢绕组4串联或并联连接组成一个相电枢绕组。铁心段间隔环32由非导磁材料构成。电机既可为外初级、内次级结构，也可 为外次级、内初级结构。电机既可为动初级结构，也可为动次级结构。
具体实施方式
二结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方
式一不同点在于次级增加了 2n个非磁性间隔条7，永磁体阵列5包括m个 扇形永磁体52和m-l个瓦片形永磁体51，扇形永磁体52为轴向充磁，瓦片 形永磁体51为径向充磁，m个扇形永磁体52和m-l个瓦片形永磁体51沿 轴向相间排列组成一列永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条7沿圆周 方向相间排列，每轴向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体52的充磁方向相 反；每轴向或者圆周方向相邻的两块瓦片形永磁体51的充磁方向相反；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
三结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于次级还增加了 2n个非磁性间隔条7，永磁体阵列5包括m 个扇形永磁体52和m-l个瓦片形导磁轭53，扇形永磁体52为轴向充磁，m 个扇形永磁体52和m-l个瓦片形导磁轭53沿轴向相间排列组成一列永磁条， 2n列永磁条与2n条非磁性间隔条7沿圆周方向相间排列，每轴向或者圆周 方向相邻的两块扇形永磁体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
四结合图5和图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次级增加了次级铁心，次级铁心包括j+l个次级圆环 形导磁轭8和j个次级隔磁环9，其中j为正整数；j+l个次级圆环形导磁轭 8与j个次级隔磁环9沿轴向依次间隔排列在轴筒6上，永磁体阵列5包括 4nXj个平板形永磁体54，平板形永磁体54沿厚度方向平行充磁，4n个平 板形永磁体54嵌入一个次级圆环形导磁轭8中，所述的4n个平板形永磁体 54沿圆周方向平均分为2n个磁极，所述的每个磁极由两块平板形永磁体54 组成，所述的两块平板形永磁体54产生的磁力线并联，所述的两块平板形永 磁体54在圆周方向所形成的角度为360°/ (2n) 180°;每相邻的两个磁极的永磁体的充磁方向相反，沿轴向每相邻两个圆环形导磁轭8中平板形永磁 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
五本实施方式与具体实施方式
一至四不同点在于所述 电机为单相电机，并且L产kTp。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
六本实施方式与具体实施方式
一至四不同点在于所述 电机为两相电机，并且Lt=kTp± (1/4)xp。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。
权利要求
1、并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，它包括初级、次级和气隙；次级包括永磁体阵列(5)和轴筒(6)；永磁体阵列(5)固定设置在轴筒(6)上；初级包括相电枢单元(1)和机壳(2)；相电枢单元(1)沿轴向依次排列在机壳(2)内；相电枢单元(1)包括相电枢铁心单元(3)和相电枢绕组单元(4)；其特征在于每个相电枢铁心单元(3)包括i+1个圆环形铁心(31)与i个铁心段间隔环(32)，其中i为正整数；所述的i+1个圆环形铁心(31)与i个铁心段间隔环(32)沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心(31)与一个铁心段间隔环(32)的轴向厚度之和等于2τp，其中τp为永磁体极距；沿轴向相邻两个相电枢单元(1)的中心线之间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列(5)的永磁体的极距τp之间满足关系为Lt＝kτp±(1/m)τp，其中m、k均正整数，m为电机的相数，m≥3；每个相电枢铁心单元(3)的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，相电枢绕组单元(4)的线圈缠绕在相电枢铁心单元(3)的齿上，并且相邻齿上的线圈绕向相反，每个相电枢铁心单元(3)的齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元(4)，同相的相单元电枢绕组(4)串联或并联连接组成一个相电枢绕组。
2、 根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于次级还包括2n个非磁性间隔条(7)，永磁体阵列(5)包括m个扇形永磁 体(52)和m-l个瓦片形永磁体(51)，扇形永磁体(52)为轴向充磁，瓦 片形永磁体(51)为径向充磁，m个扇形永磁体(52)和m-l个瓦片形永磁 体(51)沿轴向相间排列组成一列永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条(7)沿圆周方向相间排列，每轴向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体(52) 的充磁方向相反；每轴向或者圆周方向相邻的两块瓦片形永磁体(51)的充磁 方向相反；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(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(52)的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体(51)。
3、 根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于次级还包括2n个非磁性间隔条(7)，永磁体阵列(5)包括m个扇形永磁 体(52)和m-l个瓦片形导磁轭(53)，扇形永磁体(52)为轴向充磁，m个扇形永磁体(52)和m-l个瓦片形导磁轭(53)沿轴向相间排列组成一列 永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条(7)沿圆周方向相间排列，每轴 向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体(52)的充磁方向相反。
4、 根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于次级还包括次级铁心，次级铁心包括j+l个次级圆环形导磁轭(8)和j个 次级隔磁环(9)，其中j为正整数；j+l个次级圆环形导磁轭(8)与j个次 级隔磁环(9)沿轴向依次间隔排列在轴筒(6)上，永磁体阵列(5)包括4n Xj个平板形永磁体(54)，平板形永磁体(54)沿厚度方向平行充磁，4n个 平板形永磁体(54)嵌入一个次级圆环形导磁轭(8)中，所述的4n个平板形 永磁体(54)沿圆周方向平均分为2n个磁极，所述的每个磁极由两块平板形 永磁体(54)组成，所述的两块平板形永磁体(54)产生的磁力线并联，所述 的两块平板形永磁体(54)在圆周方向所形成的角度为360°/ (2n) 180°; 每相邻的两个磁极的永磁体的充磁方向相反，沿轴向每相邻两个圆环形导磁轭(8)中平板形永磁体(54)的充磁方向相反。
5、 根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于铁心段间隔环(32)由非导磁材料构成。
6、 根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于所述电机为单相电机，并且L产kTp。
7、 根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在 于所述电机为两相电机，并且Lt=kTp± (l/4)Tp。
全文摘要
并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，具体涉及电机领域，它解决了现有纵向磁通永磁直线同步电机存在的结构复杂、散热效果差、温升高，电机极距与齿距宽度存在冲突的问题，它的每个相电枢铁心单元包括i+1个圆环形铁心与i个铁心段间隔环，并沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心与一个铁心段间隔环的轴向厚度之和等于2τ<sub>p</sub>，沿轴向相邻两个相电枢单元的中心线之间的距离L<sub>t</sub>与沿轴向永磁体阵列的永磁体的极距τ<sub>p</sub>之间满足关系为L<sub>t</sub>＝kτ<sub>p</sub>±(1/m)τ<sub>p</sub>，每个相电枢铁心单元的开有2n个齿槽，相电枢绕组单元的线圈缠绕在相电枢铁心单元的齿上，相邻齿上的线圈绕向相反，齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元，同相的相单元电枢绕组串联或并联组成一个相电枢绕组。它作为电动机或发电机使用。
文档编号H02K41/03GK101582626SQ20091007239
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月26日 优先权日2009年6月26日
发明者周维正, 寇宝泉, 鹏 李 申请人:哈尔滨工业大学