一种分段倾斜模块化开关磁通直线电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，特别是一种分段倾斜模块化开关磁通永磁直线电机结构。

背景技术：

在直线驱动场合，旋转电机需要利用中间转换装置将旋转运动转成直线运动，造成系统重量增加，噪声大，维护成本高，可靠性低，因此直接采用直线电机可以克服系统不必要的缺点。永磁同步直线电机由于其高效率、高功率密度、简便控制等优点，被广泛研究。传统永磁直线电机电枢绕组和永磁体分别安装在初级和次级，而永磁体成本较高，如轨道交通等长次级应用场合无疑导致系统成本增加。目前，以初级永磁型开关磁通直线电机为代表，这类电机具有较高功率密度，永磁体和电枢均置于初级上，次级仅为导磁材料，初级为运动体，在长次级应用场合具有广阔应用前景和研究意义。

传统开关磁通直线电机初级铁芯叠层段通常采用型或型结构，型结构与型结构相比永磁体用量较多。型结构虽然减少了永磁体用量，在型中间齿上增加励磁绕组，可提高直线电机的弱磁扩速能力，但各绕组之间的磁路通过型铁芯的轭部互相耦合，互感较大，导致电机容错性能较差，该缺点也存在于型结构开关磁通直线电机中。此外，开关磁通直线电机力波动也是影响其性能的主要因素。针对上述传统的开关磁通直线电机存在的不足，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分段倾斜模块化开关磁通直线电机，以降低每相绕组间的磁路耦合，提高容错能力和永磁体利用效率，降低永磁体总体成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种分段倾斜模块化开关磁通直线电机，包括初级结构(1)、次级结构(2)、绕组(3)；所述初级结构(1)对应所述次级结构(2)的一面或两面设置，所述初级结构(1)与所述次级结构(2)之间具有设定间隙，且所述初级结构(1)相对于所述次级结构(2)往复运动；所述初级结构(1)包括两个初级段，所述两个所述初级段水平连接；所述次级结构(2)包括两个次级段，两个所述次级段水平连接且两个所述次级段相互错开设定距离；

各所述初级段均包括k个初级模块，各所述初级模块包括m个初级单元和m-1个连接块(1-6)，所述连接块(1-6)设置在任意相邻的两个所述初级单元之间其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；

所述初级单元包括两个第一叠层段(1-4)、一个第二叠层段(1-5)及两个永磁体(1-7)，所述第二叠层段(1-5)设置在相邻的两个第一叠层段(1-4)之间；所述永磁体(1-7)设置在所述第一叠层段(1-4)和所述第二叠层段(1-5)之间；

所述绕组(3)包括k个绕组模块，所述绕组模块包括m个绕组单元(3-1)，m个所述绕组单元(3-1)具体为m相绕组；各所述绕组单元(3-1)包括两个绕组线圈；在所述第一叠层段叠层段(1-4)上设有一个初级槽(1-8)，在所述第二叠层段(1-5)上设有两个初级槽(1-8)，各所述初级槽(1-8)的开口均朝向所述次级结构(2)；各所述绕组单元(3-1)的两个绕组线圈分别嵌入在两个初级段中对应的一对初级单元上的四个所述初级槽(1-8)内，且处于同一绕组线圈内的两个初级段上的一对永磁体(1-7)充磁方向与运动方向平行且极性相反。

可选的，所述分段倾斜模块化开关磁通直线电机还包括：

2个位置传感器(4)，2个所述位置传感器(4)分别位于任意一个所述次级段的2个末端，用于检测初级结构(1)的两个末端到各所述次级段的两个末端位置的距离。

可选的，所述位置传感器(4)为红外探测器或雷达距离探测器。

可选的，所述分段倾斜模块化开关磁通直线电机还包括：

连接机构，所述初级结构(1)通过所述连接机构与所述次级结构(2)连接，使得所述初级结构(1)与所述次级结构(2)之间具有设定间隙。

可选的，所述次级段包括多个次级凸极(2-1)，相邻所述次级凸极(2-1)的距离与所述初级结构(1)中的参数应满足如下关系：λ₁＝nλ_s，其中，λ_s为次级凸极极距，所述次级凸极极距为所述次级段相邻的两个所述次级凸极(2-1)之间对应的水平距离，λ₁为同一所述初级单元中同一所述永磁体(1-7)两侧的所述第一叠层段(1-4)的所述初级槽(1-8)与所述第二叠层段(1-5)的所述初级槽(1-8)之间对应的距离，λ₂为同一所述初级单元中两个所述永磁体(1-7)之间对应的距离，λ₃为相邻所述初级单元之间对应的距离，m为所述初级单元的相数，i、j、l、n为参考系数，i、j、n为非负整数，l取值为0或1。

可选的，所述初级结构(1)上的所述初级槽(1-8)与所述次级结构(2)上的所述次级凸极(2-1)对应设置。

可选的，所述两个所述次级段相互错开设定距离为次级凸极极距的一半。

可选的，永磁体(7)沿运动方向充磁，且相邻的两个永磁体(1-7)的充磁方向相反。

可选的，所述连接块(1-6)为非磁性材料。

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)、本发明将每个初级段分成k个初级模块，各所述初级模块分为m个初级单元，每个初级单元都由两个所述第一叠层段和一个所述第二叠层段组成，从而降低了每相绕组间的磁路耦合，提高了容错能力和永磁体利用效率。

2)、本发明将所述初级结构分成两个初级段，两个初级段中的正对的一对永磁体设置为相反极性，同时将次级结构分成两个次级段，将两个次级段相互错开次级凸极极距一半距离设置，在保证输出平均转矩和反电势的有效值不变的情况下，降低了直线电机力波动中的奇次谐波和反电势中的偶次谐波。

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为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的初级结构、次级结构、绕组组合结构示意图；

图2为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的次级结构示意图；

图3为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的初级结构示意图；

图4为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的绕组示意图；

图5为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的初级结构与绕组相组合的结构示意图；

图6为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的总体结构主视图；

图7为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的总体结构组装示意图；

图8为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机磁力线分布示意图；

图9为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机反电势示意图。

附图说明

初级结构 1 第一初级单元 1-1

第二初级单元 1-2 第三初级单元 1-3

第一叠层段 1-4 第二叠层段 1-5

连接块 1-6 永磁体 1-7

初级槽 1-8 一号初级段 1-9

二号初级段 1-10 次级结构 2

次级凸极 2-1 一号次级段 2-2

二号次级段 2-3 绕组 3

绕组单元 3-1 第一绕组线圈 3-1-1

第二绕组线圈 3-1-2 位置传感器 4

连接机构 5 平行导轨 5-1

滑块 5-2 初级连接件 5-3

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分段倾斜模块化开关磁通直线电机，以降低每相绕组间的磁路耦合，提高容错能力和永磁体利用效率。

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。

本发明提供一种分段倾斜模块化开关磁通直线电机，包括初级结构(1)、次级结构(2)、绕组(3)；所述次级结构(2)包括两个次级段，两个所述次级段水平连接且两个所述次级段相互错开设定距离；各所述初级段均包括k个初级模块，各所述初级模块包括m个初级单元和m-1个连接块(1-6)，所述连接块(1-6)设置在任意相邻的两个所述初级单元之间其中，k为大于等于1的整数，m为大于等于3的整数；所述绕组(3)包括k个绕组模块，每个绕组模块包括m个绕组单元(3-1)，m个所述绕组单元(3-1)具体为m相绕组。

本发明以k＝1,m＝3为例进行详细说明，详见图1-7。图1为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的初级结构、次级结构、绕组组合结构示意图；图2为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的次级结构示意图；图3为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的初级结构示意图；图4为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的绕组示意图；图5为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的初级结构与绕组相组合的结构示意图；图6为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的总体结构主视图；图7为本发明实施例分段倾斜模块化开关磁通直线电机的总体结构组装示意图。

根据图1-图7可知，所述分段倾斜模块化开关磁通直线电机包括初级结构1、次级结构2、绕组3、2个位置传感器4、连接机构5，所述初级结构1通过所述连接机构5与所述次级结构2连接，所述初级结构1对应所述次级结构2的一面或两面设置，本发明以所述初级结构1对应所述次级结构2的一面设置为例进行分析的，所述初级结构1通过所述连接机构与所述次级结构2连接，所述初级结构1与所述次级结构2之间具有设定间隙，且所述初级结构1相对于所述次级结构2往复运动；所述初级结构1包括两个初级段，所述两个初级段分别为一号初级段1-9、二号初级段1-10，所述一号初级段1-9和所述二号初级段1-10水平连接，所述次级结构2包括两个次级段，所述两个次级段分别为一号次级段2-2、二号次级段2-3，所述一号次级段2-2和所述二号次级段2-3水平连接，且所述一号次级段2-2和所述二号次级段2-3水平错开一定距离，所述距离为次级凸极极距的一半；由所述一号初级段1-9、所述二号初级段1-10、所述一号次级段2-2、所述二号次级段2-3、所述绕组3构成两段电机，具体为一段电机和二段电机，将所述一段电机与所述二段电机相结合构成分段倾斜模块化开关磁通直线电机。

所述一号初级段1-9与所述二号初级段1-10的组成结构完全相同。

所述一号初级段1-9包括1个初级模块，所述初级模块具体包括三个初级单元，所述三个初级单元分别为第一初级单元1-1、第二初级单元1-2、第三初级单元1-3，所述一号初级段1-9还包括两个连接块1-6，所述两个连接块1-6分别设置在所述第一初级单元1-1与所述第二初级单元1-2之间和所述第二初级单元1-2与所述第三初级单元1-3之间，所述连接块1-4的材料为非磁性材料，用于降低各相绕组之间的电磁干扰。另外，所述初级单元的数量与绕组相数m相对应，其中m为大于零的整数，所述初级单元的个数可以根据电机相数的要求进行设计。

进一步地，所述第一初级单元1-1、所述第二初级单元1-2、所述第三初级单元1-3的组成结构完全相同。

所述第一初级单元1-1包括：铁芯叠层段，两块永磁体1-7。

所述铁芯叠层段，所述铁芯叠层段包括两个第一叠层段1-4和一个第二叠层段1-5，在所述第一叠层段1-4上开设一个开口朝向所述次级结构2的初级槽1-8，所述第一叠层段1-4即可为类似开口朝向所述次级结构2类似C型形状的C型叠层段，还可为类似开口朝向所述次级结构2类似V型形状的V型叠层段，还可为类似开口朝向所述次级结构2的U型形状的U型叠层段；在所述第二叠层段1-5上开设两个开口朝向所述次级结构2的初级槽1-8，所述第二叠层段1-5即可为开口朝向所述次级结构2类似E型形状的E型叠层段，还可为类似开口朝向所述次级结构2类似W形状的W型叠层段，还可为开口朝向所述次级结构2类似m型形状的m型叠层段；所述初级槽1-8为半开口槽或全开口槽。本发明附图1-7以U型叠层段与E型叠层段组合为例进行绘制，其它的组合方式图形不再一一画出。

所述永磁体1-7设置在所述第一叠层段1-4与所述第二叠层段1-5之间，所述一号初级段1-9和所述二号初级段1-10正对的一对所述永磁体1-7极性相反，相邻的的两块所述永磁体1-7沿运动方向的充磁方向相反。

所述绕组3包括一个绕组模块，所述绕组模块包括三个绕组单元3-1，所述三个绕组单元3-1分别为A相绕组单元、B相绕组单元、C相绕组单元；各所述绕组单元3-1包括两个绕组线圈，所述两个绕组线圈分别为第一绕组线圈3-1-1、第二绕组线圈3-1-2，每个绕组单元3-1的所述第一绕组线圈3-1-1、所述第二绕组线圈3-1-2分别嵌入在所述一号初级段1-9和所述二号初级段1-10中对应的一对初级单元上的四个所述初级槽1-8内。

所述一号次级段2-2与所述二号次级段2-3的组成结构完全相同。

所述一号次级段2-2包括多个次级凸极2-1，所述次级结构2上的所述次级凸极2-1与所述初级结构1上的所述初级槽1-8对应设置。

相邻所述次级凸极2-1的距离与所述初级结构1中的参数应满足如下关系：λ₁＝nλ_s，其中，λ_s为次级凸极极距，所述次级凸极极距为所述次级段相邻的两个所述次级凸极2-1之间对应的水平距离，λ₁为同一所述初级单元中同一所述永磁体1-7两侧的所述第一叠层段1-4的所述初级槽1-8与所述第二叠层段1-5的所述初级槽1-8之间对应的距离，λ₂为同一所述初级单元中两个所述永磁体1-7之间对应的距离，λ₃为相邻所述初级单元之间对应的距离，m为所述初级单元的相数，i、j、l、n为参考系数，i、j、n为非负整数，l取值为0或1。

2个所述位置传感器4位于所述一号次级段2-2或所述二号次级段2-3的两个末端，用于检测所述初级结构1的两个末端到所述一号次级段2-2的2个末端或所述二号次级段2-3的2个末端的距离，保证初级结构1在规定范围内运行，所述位置传感器4为红外探测器或雷达距离探测器。

所述连接机构5包括：平行导轨5-1、滑块5-2、初级连接件5-3。

所述初级结构1通过胶粘或螺钉固定在初级连接件5-3上，所述平行导轨5-1与次级结构2固定，所述初级连接件5-3通过滑块5-2与平行导轨5-1结合在一起，从而实现初级结构1、初级连接件5-3随滑块5-2在平行导轨5-1上水平移动，实现初级结构1与次级结构2的机械结合，选取合适的滑块高度使所述初级结构1和所述次级结构2之间留有设定间隙。

如图1-7可知，将两个所述第一叠层段与一个所述第二叠层段结合成初级单元后，分段倾斜模块化开关磁通直线电机中的所述永磁体1-7用量是传统型叠层段开关磁通直线电机的一半。

图8为本发明实施例一分段倾斜模块化开关磁通直线电机磁力线分布示意图。如图8可知，本发明采用分段倾斜模块化开关磁通直线电机后，各个模块中的磁力线互相独立，与其他模块中的磁力线互不干扰，降低了每相绕组间的磁路耦合，提高了容错能力。

图9为本发明实施例一分段倾斜模块化开关磁通直线电机反电势示意图。如图9可知，分段倾斜模块化开关磁通直线电机采用分段倾斜后，电机反电势波形正弦性得到改善。

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。