专利名称：一种平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁直线电机领域，具体涉及平面型横向磁通永磁直线电机。
背景技术：
轴向磁通结构与横向磁通结构相比，其缺点是边端效应大、推力密度低。传统平面 型永磁直线电机基本都是轴向磁通结构，为了克服上述缺点，需要采用平面型横向磁通结 构，目前检索到的该种结构电机动子(由郑萍等人的中国专利ZL200610150838.4所公开) 为短电枢，定子为长磁极，磁极长度等于行程加上短电枢长度，行程越长，磁极就越长，因此 系统存在永磁体用量大、成本高、隔磁范围广的缺点，在工业、民用、医药等需要长行程低速 大推力的应用场合不适用。
发明内容
本发明解决了现有技术中永磁体用量大、成本高的问题，提供了一种平面型横向 磁通开关磁链永磁直线电机，其成本更低，结构更简单，广泛适用于工业、民用、医药等需要 长行程低速大推力的应用场合。一种平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，包括动子和定子，其中，所述的动子 由非导磁底板、设置在非导磁底板上的若干组拼装E型铁芯、以及分别绕置在每组拼装E型 铁芯槽内的电枢绕组构成；所述的拼装E型铁芯包括若干个E型导磁模块，且相邻的两个E 型导磁模块之间夹有E型隔磁模块，所述的E型导磁模块由两个倒置的U型铁芯中间夹置 永磁体构成，相邻的两个E型导磁模块的永磁体充磁方向相反，且均位于磁通平面并与运 动方向垂直；所述的定子朝向动子一面带有与拼装E型铁芯相应的若干组定子齿。所述的定子齿中，每组沿动子行进方向分为若干个循环结构，每个循环结构分为 四排，依次为第1排为位置与第一 E型导磁模块爪面相应的两个定子齿；第2排为位置与第一 E型隔磁模块中间爪面相应的定子齿；第3排为位置与第二 E型导磁模块爪面相应的两个定子齿；第4排为位置与第二 E型隔磁模块中间爪面相应的定子齿；其中第一 E型导磁模块、第一 E型隔磁模块、第二 E型导磁模块和第二 E型隔磁模 块依次相邻，第1排和第3排的定子齿分别对应第一 E型导磁模块和第二 E型导磁模块中U型 铁芯的不同侧爪面。所述的若干组定子齿为两组定子齿时，每组沿动子行进方向依次错开极距的1/2 倍距离，即，每组分别前进或后退极距的1/2倍距离；所述的若干组定子齿为m组定子齿，且 m > 3时，每组沿动子行进方向依次错开极距的2/m倍距离，即，每组分别前进或后退极距的
2/m倍距离。所述的E型导磁模块与E型隔磁模块的长度相等，其值为极距的一半。
所述的定子的长度模块化，实际使用时根据行程要求，选择不同长度的标准模块拼接而成。本发明中，所述的拼装E型铁芯的组数和电枢绕组的个数，与电机相数相同。所述 的E型隔磁模块采用非导磁材料。所述的绕置在每组拼装E型铁芯槽内的电枢绕组均只有 一个绕组，可以仅为一个大线圈，结构十分简单。本发明中，电枢绕组和永磁体都位于短动子部分，其主磁通所在的平面与动子运 动方向垂直，每相绕组磁路与电路都独立，容错性好。本发明中，定子上没有永磁体，定子的长度取决于实际行程，可由不同长度的标准 模块拼接成需要的行程定子。定子可由硅钢片叠压而成。安装时，所述的定子齿的端面与动子拼装E型模块爪面之间的最小气隙长度为g， g = 0. 8-2. 0mm。本发明的工作原理本发明的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，动子电枢 采用若干组拼装E型铁芯，放置若干个电枢绕组，永磁体夹在动子E型导磁模块中间齿部 分，极性交替变换，当动子位置变化时，电枢线圈匝链的永磁磁链发生相应的变化，从而实 现了磁通幅值和极性的变化，在线圈中感应产生反电势，因此只要在线圈中馈入合适的电 流，即可驱动动子运动。本发明的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，具有动子短、定子长的特点，其 永磁体放置在在运动的短电枢部分，动子运动方向与主磁通所在的平面垂直，定子部分仅 是开齿槽的铁芯，其永磁体用量小、成本低。与现有的开关磁链永磁直线电机相比，本电机不是传统轴向磁通结构，而是横向 磁通结构，每相磁路独立，每相绕组仅为一个大线圈。与现有文献中的横向磁通直线电机相比，其突出优点也是永磁体用量减少，行程 越长，其优点越突出。该电机可广泛地应用于相类似的长行程直线电机运动设备中。本发明的平面型横向磁通式开关磁链永磁直线电机，其永磁体用量少，推力密度 高，容错性好，结构模块化，因此具有结构简单、成本低、推力密度高等优点，是直接驱动直 线电机的优选方案，适用于工业、民用、医药等需要长行程低速大推力的应用场合，尤其适 用于机床、半导休体加工、工业输送等长距离直线运动场合。
图1是本发明平面型横向磁通式开关磁链永磁直线电机的整体结构示意图；图2是本发明平面型横向磁通式开关磁链永磁直线电机的平面剖视图；图3是本发明平面型横向磁通式开关磁链永磁直线电机的定子示意图；图4是本发明平面型横向磁通式开关磁链永磁直线电机的拼装E型铁芯示意图；图5是图4的E型导磁模块与隔磁模块结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图对本发明的技术方案作具体描述，但本发明并不仅限于 此。如图1所示，本发明平面型横向磁通式开关磁链永磁直线电机包括动子1和定子20动子1由动子铁芯、电枢绕组和非导磁底板1-3组成。所述的动子铁芯包括m组拼装E型铁芯1-1，所述的m组拼装E型铁芯1_1的E型 底端平面并排间隙排列在非导磁底板1-3的一侧板面上，m等于电机的相数；所述的拼装E型铁芯1-1，每组由若干个第一 E型导磁模块1-1-1、若干个第二 E 型导磁模块1-1-2、与若干个E型隔磁模块1-1-3排列组成，其排列顺序为第一 E型导磁模 块1-1-1、E型隔磁模块1-1-3、第二 E型导磁模块1-1-2、E型隔磁模块1_1_3、第一 E型导 磁模块1-1-1.......其排列方式如图2和图4所示。如图5所示，所述的第一 E型导磁模块1-1-1由两个倒置的U型铁芯1_1_1_1中 间夹置第一永磁体1-1-1-2构成，第二 E型导磁模1-1-2由两个倒置的U型铁芯1-1-1-1 中间夹置第二永磁体1-1-1-3构成，第一永磁体1-1-1-2和第二永磁体1-1-1-3的充磁方 向相反，且均垂直于动子1的运动方向，动子1的运动方向为图1标示的A方向。所述的E 型隔磁模块为整体式结构，由非导磁材料组成。所述的第一 E型导磁模块1-1-1、第二 E型 导磁模块1-1-2以及E型隔磁块1-1-3的长度相等，其值为极距的一半。所述的电枢绕组包括m相电枢绕组1-2，每相电枢绕组1_2为一个电枢绕组，放置 在相应的每组拼装E型铁芯1-1的槽1-4中，每相绕组磁路与电路都独立；定子2为齿槽式铁芯，定子2上无永磁体，由仅开齿槽的硅钢片按顺序叠压而成。 定子2包含m组定子齿2-1，每组定子齿2-1与每组拼装E型铁芯1_1对应；所述的定子齿2-1的齿槽开在与动子1相对的一侧端面，所述的定子齿2-1的齿 面位于第一 E型导磁模块1-1-1、第二 E型导磁模块1-1-2或E型隔磁模块1-1-3的爪面位 置，当磁路磁通最大时，第一 E型导磁模块1-1-1的爪面下对应为第一定子齿2-1-1，第二 E 型导磁模块1-1-2的爪面下对应为第二定子齿2-1-2，E型隔磁模块1-1-3的爪面下对应为 第三定子齿2-1-3，每组定子齿沿动子行进方向的排列顺序为第一定子齿2-1-1、第三定 子齿2-1-3、第二定子齿2-1-2、第三定子齿2-1-3、第一定子齿2_1_1、-------，如图3所示。所述的m组定子齿2-1中，m = 2时，每组沿动子行进方向依次错开极距的1/2倍 距离，即，一组前进或后退极距的1/2倍距离；m ^ 3时，每组沿动子行进方向依次错开极距 的2/m倍距离，即，一组前进或后退极距的2/m倍距离。定子2的长度模块化，实际使用时根据行程要求，选择不同长度的标准模块拼接 而成；动子1与定子2之间的最小气隙为g。即，安装时，所述的定子齿2-1端面与拼装E型 铁芯1-1爪面之间的最小气隙长度为g，g = 0. 8mm。当驱动器工作时，动子1的电枢绕组1-2中通入二相或三相以上交流电，在动子1 中产生电磁推力并产生感应电动势，驱动动子1向前运动，即可推动负载前进。本发明的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机应用在机床或半导体加工设备 时，在工作平台上安装定子2，动子1与负载平台固定在一起，由直线轴承保持两者之间的 气隙g，在工作平台上安装位置检测装置，当位置检测装置检测出动子1位置后，驱动器工 作输出相应的电压，驱动动子1前进，动子1在直线轴承导向下作往复直线运动。与已有设 备中永磁直线同步电机相比，本平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机优点十分突出，永 磁体用量少、成本低、推力密度高、每相磁路独立容错性好；与现有文献中的横向磁通直线 电机相比，其突出优点也是永磁体用量减少，行程越长，其优点越突出。该电机可广泛地应用于相类似的长行程直线电机运动设备中 。
权利要求
一种平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，包括动子和定子，其特征在于所述的动子由非导磁底板、设置在非导磁底板上的若干组拼装E型铁芯、以及分别绕置在每组拼装E型铁芯槽内的电枢绕组构成；所述的拼装E型铁芯包括若干个E型导磁模块，且相邻的两个E型导磁模块之间夹有E型隔磁模块，所述的E型导磁模块由两个倒置的U型铁芯中间夹置永磁体构成，相邻的两个E型导磁模块的永磁体充磁方向相反；所述的定子朝向动子一面带有与拼装E型铁芯相应的若干组定子齿。
2.根据权利要求1所述的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，其特征在于所述 的若干组定子齿中，每组沿动子行进方向分为若干个循环结构，每个循环结构分为四排，依 次为第1排为位置与第一 E型导磁模块爪面相应的两个定子齿；第2排为位置与第一 E型隔磁模块中间爪面相应的定子齿；第3排为位置与第二 E型导磁模块爪面相应的两个定子齿；第4排为位置与第二 E型隔磁模块中间爪面相应的定子齿；其中第一 E型导磁模块、第一 E型隔磁模块、第二 E型导磁模块和第二 E型隔磁模块依 次相邻，第1排和第3排的定子齿分别对应第一 E型导磁模块和第二 E型导磁模块中U型铁芯 的不同侧爪面。
3.根据权利要求1或2所述的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，其特征在于 所述的若干组定子齿为两组定子齿时，每组沿动子行进方向依次错开极距的1/2倍距离； 所述的若干组定子齿为m组定子齿，且m > 3时，每组沿动子行进方向依次错开极距的2/m倍距离。
4.根据权利要求1或2所述的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，其特征在于 所述的E型导磁模块与E型隔磁模块的长度相等，其值为极距的一半。
5.根据权利要求1或2所述的平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，其特征在于 所述的定子的长度模块化，实际使用时根据行程要求，选择不同长度的标准模块拼接而成。
全文摘要
本发明公开了一种平面型横向磁通开关磁链永磁直线电机，具有动子短、定子长的特点，其永磁体和电枢绕组均放置在运动的短电枢部分，动子运动方向与主磁通所在的平面垂直，定子部分仅是开齿槽的铁芯，其永磁体用量小、成本低。本直线电机直接驱动负载运行，模块化结构、永磁体用量少、成本低、推力密度高。其低成本高性能的特点适用于各种类型的工业、民用长行程直线运动场合，尤其是机床、半导体加工设备与物流输送线。
文档编号H02K41/02GK101834511SQ201010162160
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者卢琴芬, 叶云岳 申请人:浙江大学