本发明属电机领域,特别涉及到一种双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机。
背景技术:
连续极永磁同步直线电机,采用永磁体和铁极交替排列方式构成磁路,永磁体用量仅为常规电机的50%,但是产生的推力不低于其85%,大大提高永磁体的利用率。采用两个初级组件和一个次级组件,能够有效消除单边磁拉力和充分利用体积空间,在动子长度不变的情况下提高一倍推力,具有推力和推力密度大的优点,因此在各种高精度直线直线运动场合具有广泛的应用前景。但是该有槽平板型直线电机,同时具有齿槽效应、端部效应和电枢反应,因此其定位力和推力波动较大,需要进行优化设计,其中双边错齿结构能够有效地抑制推力波动,将双边初级组件在水平方向上错开一定的距离s,该距离可通过进行有限元仿真得到最优值。该方法可以减小定位力和抑制推力波动,但是不能完全消除单边磁拉力,使得次级组件易受振动和变形的影响。
技术实现要素:
本发明为解决已有双初级连续极永磁同步直线电机推力波动大问题,提出一种双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机。
本发明的具体技术方案如下:
双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机,它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2和电枢绕组1-3组成。初级组件二2由铁心轭2-1,铁心齿2-2和电枢绕组2-3组成。次级组件3由永磁体3-1、铁极3-2和轭板3-3构成,每一对极下包括两块永磁体和两块铁极,位于轭板3-3两边的永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相同,铁极3-2-1和铁极3-2-2与轭板3-3一体成型,所有永磁体3-1的充磁方向相同。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边,并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。初级组件一1和初级组件二2在横向上错开180°电角度,即错开位移s=kτ(τ为电机的极距,k为奇数)的距离。初级组件一1上a相绕组1-3-1,b相绕组1-3-2和c相绕组1-3-3按照a-b-c顺序设置在铁心开槽1-4内,初级组件二2上a相绕组2-3-1,b相绕组2-3-2和c相绕组2-3-3按照a-b-c顺序设置在铁心开槽2-4内,绕组1-3与绕组2-3的绕制方向相反。
本发明的优点是:
(1)通过双边错齿180°电角度设计,以及上下初级组件上绕组绕制方向的调整,一方面使上下两个初级组件上同相绕组的电角度完全相同,从而不影响输出推力均值;另一方面调节端部磁场分布,使两个初级组件上各相绕组与端部的相对位置不同,从而调节端部效应对三相绕组不对称性的影响,最终达到抑制推力波动,利于提高控制系统性能的效果。
(2)传统的双边错齿电机(如图6所示),其原理是类似斜极斜槽原理,双边错开一定距离的设计,虽然能抑制推力波动,但是会导致推力均值下降和单边磁拉力增大。本结构与之不同,电机的推力均值不会下降,且理论上次级上承受的单边磁拉力为0。
附图说明
图1为实施方式一双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机。
图2为初级组件一的结构示意图。
图3为初级组件二的结构示意图。
图4为次级组件的结构示意图。
图5为次级组件上一对永磁体-铁极的结构示意图。
图6为传统双边错齿连续极永磁同步直线电机结构示意图。
图中,1:初级组件一;2:初级组件二;3:次级组件;4:气隙;5:气隙;1-1:初级组件一上铁心轭;1-2:初级组件一上铁心齿;1-3:初级组件一上电枢绕组;2-1:初级组件二上铁心轭;2-2:初级组件二上铁心齿;2-3:初级组件二上电枢绕组;3-1:永磁体;3-2:铁极;3-3:轭板;1-3-1:初级组件一上a相绕组;1-3-2:初级组件一上b相绕组;1-3-3:初级组件一上c相绕组;2-3-1:初级组件二上a相绕组;2-3-2:初级组件二上b相绕组;2-3-3:初级组件二上c相绕组;3-1-1:永磁体;3-1-2:永磁体;3-2-1:铁极;3-2-2:铁极
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明
实施方式一:
如图1、2、3、4、5所示,本实施例为双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机,其极槽配合为10极12槽结构。双边错齿180°低推力波动连续极永磁同步直线电机,它包括初级组件一1、初级组件二2和次级组件3。初级组件一1由铁心轭1-1、铁心齿1-2和电枢绕组1-3组成。初级组件二2由铁心轭2-1,铁心齿2-2和电枢绕组2-3组成。次级组件3由永磁体3-1、铁极3-2和轭板3-3构成,每一对极下包括两块永磁体和两块铁极,位于轭板3-3两边的永磁体3-1-1和3-1-2的充磁方向相同,铁极3-2-1和铁极3-2-2与轭板3-3一体成型,所有永磁体3-1的充磁方向相同。初级组件一1和初级组件二2位于次级组件3的两边,并与次级组件形成气隙4和气隙5结构。永磁体发出的磁通,经初级组件1、初级组件2、次级组件3及气隙4和气隙5形成串联磁路。
初级组件一1和初级组件二2在横向上错开180°电角度,即错开位移s=kτ(τ为电机的极距,k为奇数)的距离。
初级组件一1上,a相绕组1-3-1设置在第1-第3个槽1-4内,绕组采用集中绕组结构,第一个槽为半填槽;b相绕组1-3-2设置在第3-第5个槽内;c相绕组1-3-2设置在第5-第7个槽内;第1-第7个槽内绕组形成一个单元电机绕组结构;第二个单元电机的绕组设置在第7-第13个槽内,绕组相序与第一个单元电机完全相同,绕组绕制方向与第一个单元电机的绕组绕制方向完全相反。
初级组件二2上,绕组相序与初级组件一1的完全相同,但是绕组2-3与绕组1-3的绕制方向完全相反。
该结构抑制推力波动的原理为:通过双边错齿结构,调节初级组件端部磁场分布;通过初级组件一1和初级组件二2上绕组绕制方向的不同设置,一方面确保同相位绕组的相角相同,另一方面使各相绕组与端部的相位位置不同,使初级组件一1的端部效应和初级组件二2的端部效应对各相绕组的影响相互削弱,从而改善直线电机三相绕组不对称现象。综合这两方面作用,最终起到抑制推力波动的效果。