专利名称：一种内置式永磁同步直线电机次级结构的制作方法
技术领域：
本实用新型公开了一种内置式永磁同步直线电机次级结构，具体涉及永磁同步直线电动机的设计与制造。
技术背景 在永磁同步直线电机的设计中，次级的结构是关键。现有的永磁同步直线电动机的次级结构形式几乎都是将永磁体表贴在导磁的铁心表面，此结构永磁体的安装较为方便，但是由于永磁直线电机磁路的开断，使铁心内安放的三相绕组之间互感不相等，产生端部效应。此外，由于电机齿槽的存在，使得电枢表面气隙磁导变得不均勻，对于永磁同步直线电机而言，其主要影响是将产生推力波动。端部效应和齿槽效应严重，定位力较大，产生较大的推力波动，严重影响整个系统运行的稳定性与定位精度。为了削弱边端效应和齿槽效应的影响，往往采用磁钢斜极或初级铁芯斜槽的形式，不仅增加了永磁体的体积，而且削弱了有效的电磁力；永磁体斜极加工难度较大，材料用量大、精度难以保证。此外，与旋转电机相比，永磁同步直线电机更容易产生热量，电机的气隙较小，初级绕组产生的热量易传导到永磁体上,使永磁体工作温度较高。长期运行甚至会造成电机绝缘的破坏、永磁体退磁、 电机最大额定推力减小、过载能力小等问题。永磁体放置在次级上的方式影响到气隙磁通、漏磁乃至电机的性能。所以，探索、 设计合理的次级结构形式是永磁同步直线电动机设计的核心问题之一，它对简化电机制造工艺、降低生产成本、优化电机设计有着重要的意义。
发明内容本实用新型要解决的问题是现有技术中的永磁同步直线电机次级结构容易产生端部效应和齿槽效应，影响整个电机系统运行的稳定性、可靠性与定位精度，需要设计一种新型的永磁同步直线电机次级结构。本实用新型的技术方案为一种内置式永磁同步直线电机次级结构，所述次级结构包括次级铁心、若干永磁体和永磁体槽，永磁体槽规则排列设置在次级铁心内，一个永磁体设置在一个永磁体槽内，所述永磁体为矩形截面的永磁体，永磁体槽面向永磁同步直线电机初级的一面为凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，所述凹槽的凹角Θ为 100° 150°。永磁体采用钕铁硼永磁体材料，永磁体为整块式结构或分段式结构。永磁体槽通过冲片冲压而成。永磁体槽内存在空气隙，所述空气隙为永磁体设置在永磁体槽内留下的空隙部分，永磁体槽面向永磁同步直线电机初级的一面到永磁体极面间的距离为空气隙的长度， 所述空气隙的长度与永磁体矩形截面的高度之比为O O. 8。本实用新型提供一种新型内置式永磁同步直线电机次级结构，此结构采用矩形永磁体，永磁体槽表面存在三角形、梯形或弧形凹槽，此凹槽的形状经过电磁理论知识计算和有限元仿真，不仅起到优化反电动势和气隙磁密波形，而且起到隔磁磁桥的作用。矩形永磁体形状规则，加工成本低，优化采用的具有凹槽的永磁体槽可以直接通过冲片冲压而成，精度容易控制。另外，本实用新型的次级结构极易做成模块化，有利于实现大规模的生产。本实用新型将永磁体置于次级铁心的永磁体槽内，从而安装在次级铁心内，构成内置式永磁同步直线电机次级结构形式，此结构采用矩形截面永磁体，对永磁体槽的形状进行了凹槽的特殊设计，使电机反电动势和气隙磁密波形接近正弦，避免了由于斜极或斜槽而削弱有效的电磁力。此外，内置式永磁同步直线电动机次级将永磁体嵌入到次级铁芯内部的永磁体槽内，制造工艺简单，永磁体形状规则，直轴电感Ld与交轴电感Lq不等，存在磁阻转矩，磁阻转矩有助于提高直线电机的过载能力和功率密度。内置式的结构易于实现弱磁扩速，扩大恒功率运行范围，扩展电机的高速运行范围，实现基速以下恒推力输出，基速以上恒功率输出。适用于高密度、宽调速的驱动场合。
图I是本实用新型内置式永磁同步直线电动机的次级结构示意图。图2是图I虚线框部分的局部放大图，为本实用新型永磁体槽以及永磁体部分的结构示意图。图3是本实用新型电机与现有普通电机推力特性的对比示意图。图4是本实用新型电机与现有普通电机推力波动的对比示意图。
具体实施方式
现结合具体实施例及附图作具体说明如图1，本实用新型内置式永磁同步直线电动机初级结构I包括初级铁芯、绕组线圈2等，次级结构3采用内置式永磁体，其永磁体槽5与一般的永磁同步直线电机不同，永磁体槽5规则排列设置在次级铁心3内，一个永磁体4设置在一个永磁体槽5内，如图2所示，所述永磁体4为矩形截面的永磁体，永磁体槽5 面向永磁同步直线电机初级的一面为凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，此凹槽的形状经过电磁理论知识计算和有限元仿真所述凹槽的凹角Θ为100° 150° ;永磁体槽 5内存在空气隙6,所述空气隙6为永磁体4设置在永磁体槽5内留下的空隙部分,永磁体槽5面向永磁同步直线电机初级的一面到永磁体4极面间的距离为空气隙6的长度，所述空气隙6的长度与永磁体4矩形截面的高度之比为O O. 8。空气隙6内可以填装非磁性材料，永磁体槽5内安装矩形截面永磁体4，永磁体4优选采用钕铁硼永磁体材料，永磁体4 为整块式结构或分段式结构；永磁体槽5可以直接通过冲片冲压而成，永磁体槽5间的冲片起到隔磁磁桥的作用，可以减小漏磁，提高永磁同步直线电机的电磁推力，从而提高电机的功率密度。图3为本实用新型电机初级沿相对移动方向的长度L后的推力分布示意图。横坐标为行程，纵坐标为推力的相对值。图4为推力波动示意图。由图3和图4可见，与现有技术相比，内置式永磁同步直线电动机次级具有较为平滑的推力和较大的电磁推力，同时避免了斜槽或斜极对有效推力的削弱。由图4可以看出推力波动明显被抑制，电机的推力显著提高，可以提高20%以上。
权利要求1.一种内置式永磁同步直线电机次级结构，其特征是所述次级结构包括次级铁心(3)、若干永磁体(4)和永磁体槽(5),永磁体槽(5)规则排列设置在次级铁心(3)内，一个永磁体(4)设置在一个永磁体槽(5)内，所述永磁体(4)为矩形截面的永磁体，永磁体槽 (5)面向永磁同步直线电机初级的一面为凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷，所述凹槽的凹角Θ为100° 150°。
2.根据权利要求I所述的内置式永磁同步直线电机次级结构，其特征是永磁体(4)采用钕铁硼永磁体材料，永磁体(4)为整块式结构或分段式结构。
3.根据权利要求I或2所述的内置式永磁同步直线电机次级结构，其特征是永磁体槽(5)通过冲片冲压而成。
4.根据权利要求I或2所述的内置式永磁同步直线电机次级结构，其特征是永磁体槽(5)内存在空气隙(6),所述空气隙(6)为永磁体(4)设置在永磁体槽(5)内留下的空隙部分，永磁体槽(5)面向永磁同步直线电机初级的一面到永磁体(4)极面间的距离为空气隙(6)的长度，所述空气隙(6)的长度与永磁体(4)矩形截面的高度之比为O O.8。
5.根据权利要求3所述的内置式永磁同步直线电机次级结构，其特征是永磁体槽(5) 内存在空气隙(6),所述空气隙(6)为永磁体(4)设置在永磁体槽(5)内留下的空隙部分， 永磁体槽(5)面向永磁同步直线电机初级的一面到永磁体(4)极面间的距离为空气隙(6) 的长度，所述空气隙(6)的长度与永磁体(4)矩形截面的高度之比为O O. 8。
专利摘要一种内置式永磁同步直线电机次级结构，包括次级铁心、若干永磁体和永磁体槽，永磁体槽规则排列设置在次级铁心内，一个永磁体设置在一个永磁体槽内，所述永磁体为矩形截面的永磁体，永磁体槽面向永磁同步直线电机初级的一面为凹槽，所述凹槽成三角形、弧形或梯形凹陷。所述凹槽的形状经过电磁理论知识计算和有限元仿真，削弱永磁同步直线电机边端效应、减少初级和次级间的漏磁、优化反电动势和气隙磁密波形，永磁体槽间的冲片起到隔磁磁桥的作用。本实用新型有助于提高直线电机的过载能力和功率密度，采用的矩形永磁体形状规则，加工成本低，优化采用的凹形永磁体槽可以直接通过冲片冲压而成，精度容易控制，特别适用于小型永磁同步直线电机。
文档编号H02K41/03GK202455246SQ20122005969
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者吴蔚, 张建, 李金 申请人:南京埃斯顿自动化股份有限公司, 南京埃斯顿自动控制技术有限公司