专利名称：一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机的制作方法
一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机
技 术领域本发明涉及直线电机领域，具体涉及一种永磁同步直线电机。
背景技术：
旋转电机三相绕组沿周向结构对称循环，三相绕组参数对称恒定，电磁转矩的谐 波分量较小。直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种演变，它可以看作是将一台 旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线。直线电机包括初级和次级，初级由铁芯 和绕组构成，由于初级铁芯不能像旋转电机那样具有闭合圆环的形状，而是长直、两端开断 的铁芯，造成了很大的端部磁阻力，由于端部的气隙磁阻随运动位置发生急剧变化，造成端 部磁阻力的值大幅度波动。初级铁芯边端开断，同时引起各相绕组参数不对称，造成较大幅 度的电磁推力脉动，严重恶化了直线电机的控制特性。边端效应产生的磁阻力和电磁推力 脉动是电机推力波动的主要成分，是电机推力波动幅度大的主要因素。对边端磁阻力问题， 大量的研究积极探索消去其基频影响的方法，相对有效的手段是有限元数字仿真优化结合 频谱分析，但针对基频削弱边端磁阻力的方法所能降低磁阻力波动幅度仍不能达到理想的 要求，边端磁阻力由于波动幅值较大，仍然是目前存在的影响直线电机性能改善的主要因 素之一。边端效应引起的电磁推力脉动在电机结构设计上尚无有效的方法，主要依靠电机 控制方案抑制，影响了电机的控制效果、增加了控制耗费。由于边端效应问题本身的复杂 性，已有的各种削弱边端效应影响的理论和方法在适用范围、应用效果均有较大局限，未能 全面有效解决边端效应问题，直接影响了永磁同步直线电机的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机，可消除边端 效应产生的推力波动。一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机，包括次级和初级，其特征在于，次级 包含一个次级模块或一个以上的横向平行放置的次级模块，次级模块纵向上布置有交替等 距排列的N极和S极磁钢；初级由一个以上的铁芯模块构成，初级铁芯模块按依次两两间的 机械角距差为m τ /k安放在次级模块上，τ为极距，k为初级铁芯模块个数，m为不整除k 的正整数。作为优化，k为电机电源相数的整数倍。作为优化，所述铁芯模块纵向安放在同一次级模块上，相邻铁芯模块的位置差为 2ητ+πιτΛ，η为正整数。座位优化，所述初级铁芯模块横向对齐地安放在不同次级模块上，相邻次级模块 的相同极性磁钢错位m τ/k。作为优化，在I个次级模块上均纵向安放有J个铁芯模块，不同次级模块上的铁芯 模块横向对齐，同一次级模块上的相邻铁芯模块的位置差为η τ +m τ /(I*J)，相邻次级模块 的相同极性磁钢错位m τ/I。
作为优化，所述次级横向绕成筒形。作为优化，所述m与k互为质数。
本发明的技术效果体现在本发明直线电机包括组合铁芯初级和次级两大部分。 每一初级铁芯模块和次级构成了一个模块电机，整体电机运行时相当于各模块电机按均勻 的相差联合运行。由此构成的电机2k个铁芯边端可消去边端磁阻力的谐波成分产生主要 影响的低阶频率成分；作为优化，当k等于电机电源相数或为电源相数的整数倍时，各相绕 组在边端具有对称轮序的特征，同时又消除电磁推力脉动。本发明直线电机除具有一般直 线电机具有的传动结构简单、系统加减速响应快、定位精确等优点外，因消除了直线电机边 端效应产生的电机推力波动，使永磁同步直线电机具有了与旋转电机相当的本体特性和控 制性能，为永磁同步直线电机提高应用效果、扩大应用领域提供了性能优越的电机本体。
图1是永磁同步直线电机多模块铁芯移位组合图；图2是三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机绕组特性图；图3是平板型次级磁钢移位组合铁芯初级永磁同步直线电机示意图，其中图3a是 平面示意图，图3b是三维立体示意图；图4是平板型多排多列铁芯模块组合初级永磁同步直线电机示意图；图5是圆筒形三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机示意图；图6是圆筒型次级磁钢移位的组合铁芯初级永磁同步直线电机示意图；图7是平板型六槽三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机的示意图；图8是平板型十二槽三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机的示意图；图9是六槽三模块组合铁芯初级和单模块初级推力曲线比较图(I = 4. 5A)，其中， 图9a是组合模块曲线，图9b是单模块曲线。图10是6槽组合模块电机与单模块电机电磁力脉动曲线对比图，其中IOa是组合 模块曲线，图IOb是单模块曲线。图11是6槽组合模块电机与单模块电机边端磁阻力曲线对比图，其中，图Ila是 组合模块曲线，图lib是单模块曲线。图12是12槽组合模块电机与单模块电机电机推力曲线对比图(I = 4. 5A)，其中， 图12a是组合模块曲线，图12b是单模块曲线。图13是12槽组合模块电机与单模块电机边端磁阻力曲线对比图，其中，图13a是 组合模块曲线，图13b是单模块曲线。图14是12槽组合模块电机与单模块电机电磁力脉动曲线对比图，其中，图14a是 组合模块曲线，图14b是单模块曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是采用多模块铁芯移位组合的平板型电机结构图，图中电机初级由k个铁芯 模块沿次级纵向而移距η τ + τ /k后由非导磁材料刚性联接组合而成，相邻铁芯模块间的 机械角距相差τ/k，τ为极距。该组合铁芯初级消除了 k阶及其倍频以外的边端磁阻力全部频率成分，具体原理说明如下。 由于k个模块依次按机械角差移距组合，则第1，2，…，k个模块相对第一个模块
的机械角距差依次为
权利要求
一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机，包括次级和初级，其特征在于，次级包含一个次级模块或一个以上的横向平行放置的次级模块，次级模块纵向上布置有交替等距排列的N极和S极磁钢；初级由一个以上的铁芯模块构成，初级铁芯模块按依次两两间的机械角距差为mτ/k安放在次级模块上，τ为极距，k为初级铁芯模块个数，m为不整除k的正整数。
2.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机，其特征在于，k为电机电源相数的整数倍。
3.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机，其特征在于，所述铁芯模块纵向安放在 同一次级模块上，相邻铁芯模块的位置差为2η τ +m τ /k, η为正整数。
4.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机，其特征在于，所述初级铁芯模块横向对 齐地安放在不同次级模块上，相邻次级模块的相同极性磁钢错位m τ /k。
5.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机，其特征在于，在I个次级模块上均纵向安 放有J个铁芯模块，不同次级模块上的铁芯模块横向对齐，同一次级模块上的相邻铁芯模 块的位置差为η τ +m τ / (I*J)，相邻次级模块的相同极性磁钢错位m τ /I。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的永磁同步直线电机，其特征在于，所述次级 横向绕成筒形。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的永磁同步直线电机，其特征在于，所述m与 k互为质数。
全文摘要
本发明公开了一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机，包括次级和初级，初级由一个以上的铁芯模块构成，初级铁芯模块按依次两两间的机械角距差为mτ/k安放在次级模块上。每一初级铁芯模块和次级构成了一个模块电机，整体电机运行时相当于各模块电机按均匀的相差联合运行，多个铁芯的边端可消去边端磁阻力的谐波成分产生主要影响的低阶频率成分；当铁芯模块数为电源相数的整数倍时，各相绕组在边端具有对称轮序的特征，同时又消除电磁推力脉动。本发明除具有一般直线电机的优点外，又具有与旋转电机相当的本体特性和控制性能，为永磁同步直线电机提高应用效果、扩大应用领域提供了性能优越的电机本体。
文档编号H02K41/03GK101958633SQ201010290770
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者杨家军, 程远雄 申请人:华中科技大学