一种带有反向槽的永磁同步线形电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种带有反向槽的永磁同步线形电机。

背景技术：

直线电机由于结构简单，直线传送的定位精度高、反应速度快等优点，广泛应用在自动控制系统，因此需要提供长期连续驱动的装置和短时间或短距离内提供巨大直线运动能量的装置。

弧形电机代替由高速伺服电机、齿轮组、齿圈等结构构成的直驱扫描伺服装置，可以避免传统驱动方式中存在的非线性摩擦力、间隔死区及弹性形变，具有结构简单，可靠性高等优点。

然而无论是直线电机还是弧形电机，在极槽配合上都与其相对应的旋转电机的极槽配合有差别，相较于与其对应的旋转电机的极槽配合，直线电机和弧形电机将会多出一个槽的存在用来放置边端绕组，前面几个极槽正常配合，所产生的力波动谐波可以互相抵消，然而多出来的那一个槽与第一个槽的相位完全一样，它所引起的谐波无法消除，这将不可避免的引入较大的齿槽力波动。

针对上述传统的永磁同步线形电机存在的不足，如何克服上述问题，是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种带有反向槽的永磁同步线形电机，以削弱齿槽的力波动。

为实现上述目的，本发明提供了一种带有反向槽的永磁同步线形电机，包括2个初级(1)、1个次级(2)、1套绕组(3)；2个所述初级(1)分别设置在所述次级(2)的两侧，且到所述次级(2)的距离相等，所述次级(2)相对于2个所述初级(1)运动；

在各所述初级(1)上分别设置m个初级槽(101)，m个所述初级槽(101)等间距设置；2个所述初级(1)上任意一条对角线上的2个初级槽(101)的开口方向远离所述次级(2)，除了所述对角线上的2个初级槽(101)外，剩下的2m-2个所述初级槽(101)的开口方向朝向所述次级(2)，其中，m为3的整数倍；

所述绕组(3)放置在2个所述初级槽(101)中，所述绕组(3)为k相绕组，其中k≥3。

可选的，2个所述初级(1)相互错开设定距离。

可选的，所述次级(2)包括：2n个永磁体(201)、次级铁芯(202)；2n个所述永磁体(201)等间距的分布在所述次级铁芯(202)的上下两侧，且对应设置，所述次级(2)的长度大于所述初级(1)的长度。

可选的，所述绕组(3)包括2m-2个初级绕组线圈(301)和2个补偿绕组线圈(302)；位于2个所述初级槽(101)之间的初级部分为初级齿(102)，位于所述初级(1)边端的部分为边端齿(103)；所述初级绕组线圈(301)穿过2个初级槽(101)，绕在所述初级(1)的所述初级齿(102)上，所述补偿绕组线圈(302)分别穿过2个所述初级(1)最外端的同一侧上下设置的2个所述初级槽(101)，绕在同一侧上下设置的两个所述边端齿(103)上；与所述补偿绕组线圈(302)位于同一初级槽(101)内的所述初级绕组线圈(301)分别与所述补偿绕组线圈(302)串联。

可选的，所述边端齿(103)的宽度≥所述初级齿(102)的宽度的一半。

可选的，所述初级槽(101)为全开口或半开口。

可选的，所述带有反向槽的永磁同步线形电机为直线电机或弧形电机。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、本发明在各所述初级上分别设置m个初级槽，m个所述初级槽等间距设置；2个所述初级上任意一条对角线上的2个初级槽的开口方向远离所述次级，除了所述对角线上的2个初级槽外，剩下的2m-2个所述初级槽的开口方向朝向所述次级。本发明通过改变初级结构消除直线电机由于极槽匹配而引起的齿槽力波动，从而实现削弱力波动。

2、本发明中的2个所述初级相互错开设定距离，以改变2个初级所产生的力波动相位，从而实现削弱力波动。

3、本发明增加了2个补偿绕组线圈，将所述补偿绕组线圈分别穿过2个所述初级最外端的同一侧上下设置的2个所述初级槽，绕在同一侧上下设置的两个所述边端齿上；与所述补偿绕组线圈位于同一初级槽内的所述初级绕组线圈分别与所述补偿绕组线圈串联，从而克服因结构变化引起的三相磁路不对称和三相反电势畸变等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例带有反向槽的永磁同步线形电机的总体结构示意图；

图2为本发明实施例带有反向槽的永磁同步线形电机与常规电机结构对比示意图；

图3为本发明实施例采用带有反向槽的永磁同步线形电机与常规电机仿真后齿槽力对比示意图；

图4为本发明实施例边端齿调整结构示意图；

图5为本发明实施例增加补偿绕组线圈前、后反电动势变化结构示意图。

附图说明

初级 1 初级槽 101

初级齿 102 边端齿 103

次级 2 永磁体 201

次级铁芯 202 绕组 3

初级绕组线圈 301 补偿绕组线圈 302

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种带有反向槽的永磁同步线形电机，以削弱齿槽的力波动。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明带有反向槽的永磁同步线形电机即可应用到直线电机，还可应用于弧形电机；另外，本发明中所采用的齿槽配合理论上可以为任意值，但由于实际应用过程中其他因素的影响，所以本发明根据给出了所述初级槽101与所述永磁体201应满足如下关系：p·q＝[p,q](p,q)，其中，p为所述初级槽的个数，q为所述永磁体的个数，[p,q]为最小公倍数，(p,q)为最大公约数，最小公倍数[p,q]越大越好，最大公约数(p,q)越小越好；其中，最小公倍数取最大值整数值、最大公约数取最小值整数值为最优组合。本发明以8极9槽、3相绕组为例进行分析。

本发明提供一种带有反向槽的永磁同步线形电机，具体包括2个初级1、1个次级2、1套绕组3；2个所述初级1分别设置在所述次级2的两侧，且到所述次级2的距离相等，所述次级2相对于2个所述初级1运动，2个所述初级1分别与所述绕组3连接；2个所述初级1相互错开设定距离，以改变2个初级所产生的力波动相位，从而实现削弱力波动。

在各所述初级1上分别设置10个初级槽101，10个所述初级槽101等间距设置，各所述初级槽101为全开口或半开口。位于2个所述初级槽101之间的初级部分为初级齿102，位于所述初级1边端的部分为边端齿103；所述边端齿103的初始宽度为所述初级齿102的宽度一半，任意增加同一所述初级1的两侧的所述边端齿103的宽度，使所述边端齿103的宽度大于所述初级齿102的宽度的一半便可调节初级边端力的大小和幅值，从而实现削弱力波动。

2个所述初级1上任意一条对角线上的2个初级槽101的开口方向远离所述次级2，除了所述对角线上的2个初级槽101外，剩下的18个所述初级槽101的开口方向朝向所述次级2。本发明通过改变初级结构消除直线电机由于极槽匹配而引起的齿槽力波动，从而实现削弱力波动。

本发明将位于所述次级2上边的所述初级1最后侧的所述初级槽101和位于所述次级2下边的所述初级1最左侧的所述初级槽101的开口方向设置为远离所述次级2的方向为例进行论述，详见图1，图1为本发明实施例带有反向槽的永磁同步线形电机的总体结构示意图。

所述次级2包括：2n个永磁体201、次级铁芯202；2n个所述永磁体201等间距的分布在所述次级铁芯202的上下两侧，且上下所述永磁体201对应设置，其中，n≥10，n为正整数。

所述绕组3包括：18个初级绕组线圈301；其中，9个所述初级绕组线圈301依次穿过位于所述次级2上边的所述初级1上2个所述初级槽101，绕在所述初级1的所述初级齿102上；剩下的9个所述初级绕组线圈301依次穿过位于所述次级2下边的所述初级1上2个所述初级槽101，绕在所述初级1的所述初级齿102上，缠绕所述初级绕组线圈301的方式与常规的缠绕旋转电机的初级绕组线圈的方式相同。

所述绕组3还包括：2个补偿绕组线圈302；其中，1个所述补偿绕组线圈302穿过2个所述初级1最左端的上下设置的2个所述初级槽101，即所述上下设置的2个所述初级槽101的开口方向分别为朝向所述次级2和远离所述次级2，绕在最左侧上下设置的2个所述边端齿103上，与所述补偿绕组线圈302位于同一初级槽101内的所述初级绕组线圈301分别与所述补偿绕组线圈302串联；另1个所述补偿绕组线圈302穿过2个所述初级1最右端的上下设置的2个所述初级槽101，即所述上下设置的2个所述初级槽101的开口方向分别为朝向所述次级2和远离所述次级2，绕在最右侧上下设置的2个所述边端齿103上，与所述补偿绕组线圈302位于同一初级槽101内的所述初级绕组线圈301分别与所述补偿绕组线圈302串联。

本发明实施例将9个所述初级绕组线圈301依次穿过位于所述次级2上边的所述初级1上相邻的2个所述初级槽101，绕在所述初级1的所述初级齿102上；剩下的9个所述初级绕组线圈301依次穿过位于所述次级2下边的所述初级1上相邻的2个所述初级槽101，绕在所述初级1的所述初级齿102上；将位于所述次级2上边的缠绕在所述初级1上的前3个所述初级绕组线圈301相互串联作为A相绕组，将位于所述次级2上边的缠绕在所述初级1上的中间3个所述初级绕组线圈301相互串联作为B相绕组，将位于所述次级2上边的缠绕在所述初级1上的后3个所述初级绕组线圈301相互串联作为C相绕组；将位于所述次级2下边的缠绕在所述初级1上的前3个所述初级绕组线圈301相互串联作为A相绕组，将位于所述次级2下边的缠绕在所述初级1上的中间3个所述初级绕组线圈301相互串联作为B相绕组，将位于所述次级2下边的缠绕在所述初级1上的后3个所述初级绕组线圈301相互串联作为C相绕组；其中，1个所述补偿绕组线圈302穿过2个所述初级1最左端的上下设置的2个所述初级槽101，绕在最左侧上下设置的2个所述边端齿103上，与所述补偿绕组线圈302位于同一初级槽101内的两个所述A相绕组分别与所述补偿绕组线圈302串联；另1个所述补偿绕组线圈302穿过2个所述初级1最右端的上下设置的2个所述初级槽101，绕在最右侧上下设置的2个所述边端齿103上，与所述补偿绕组线圈302位于同一初级槽101内的两个所述C相绕组分别与所述补偿绕组线圈302串联。具体的缠绕方式不局限于这一种方式。

本发明通过增加2个所述补偿绕组线圈302，将所述补偿绕组线圈302分别穿过2个所述初级1最外端的同一侧上下设置的2个所述初级槽101，绕在同一侧上下设置的两个所述边端齿103上；与所述补偿绕组线圈302位于同一初级槽101内的所述初级绕组线圈301分别与所述补偿绕组线圈302串联。从而克服因结构变化引起的三相磁路不对称和三相反电势畸变等问题。

图2为本发明实施例带有反向槽的永磁同步线形电机与常规电机结构对比示意图，其中，图2中(a)为常规电机结构，图2中(b)为带有反向槽的永磁同步线形电机结构。由附图2可知，常规的8极9槽的永磁同步线形电机将2个所述初级1的结构设置成完全相同的两个结构，每个所述初级1包括10个初级槽，10个所述初级槽101等间距设置，且所述上下2个所述初级1上的各个所述初级槽101的开口均朝向所述次级2。

带有反向槽的永磁同步线形电机将2个所述初级1的结构设置成完全相同的两个结构，每个所述初级1包括10个初级槽，10个所述初级槽101等间距设置，且本发明将位于所述次级2上边的所述初级1最右端的所述初级槽101的开口设置为远离所述次级2的方向，将位于所述次级2下边的所述初级1最左端的所述初级槽101的开口设置为远离所述次级2的方向，将剩下的18个所述初级槽101的开口方向朝向所述次级2。

图3为本发明实施例采用带有反向槽的永磁同步线形电机与常规电机仿真后齿槽力对比示意图，图3中虚线为采用常规结构仿真后获得的齿槽力仿真图，实线为采用新结构仿真后获得的齿槽力仿真图。由图3可知，采用传统的常规结构仿真出来的齿槽力波动幅度很大，而采用新结构仿真出来的齿槽力波动幅度很小，因此采用新结构可大大减低齿槽力的幅度，从而实现削弱力波动。

图4为本发明实施例边端齿调整结构示意图。由图4可知，可增加任一个所述初级1的两个所述边端齿103的宽度，还可以同时增加两个所述初级的四个所述边端齿103的宽度，本发明通过改变边端齿103的宽度来调节初级边端力的大小和幅值，从而实现削弱力波动。

图5为本发明实施例增加补偿绕组线圈前、后反电动势变化结构示意图；图5中虚线表示未添加2个补偿绕组线圈时三相反电动势的波形图，实线为添加2个补偿绕组线圈后三相反电动势的波形图。由于添加绕组不影响三相反电动势的相位，所以图5中“A”上边的虚线波形则表示添加补偿后A相反电动势的波形图，“A”上边的实线波形则表示未添加补偿后A相反电动势的波形图，“B”、“C”同理。

由图5可知，不添加补偿绕组线圈时，B相反电动势大于A相反电动势和C相反电动势，显然三相反电动势因为结构发生改变而导致三相反电动势不均衡。

当添加补偿绕组线圈时，B相反电动势几乎没有改变，A相反电动势和C相的反电动势明显增大了反电动势，使得A相反电动势、C相反电动势均与B相反电动势大小相等，从而克服了三相反电动势因为结构发生改变而导致三相反电动势不均衡的问题。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。