一种低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机

本发明涉及直线电机和直线驱动领域，具体涉及一种低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机。

背景技术：

1、由于管状永磁同步直线电机(tpmslm)初级铁芯的不连续，在运行过程中产生较大的推力波动，严重影响直线电机的控制精度。传统方法如优化初级铁芯长度，改进辅助齿的结构和设置补偿电流虽能够有效地抑制直线电机的端部效应，但对电机的加工精度有着较高的要求；此外，最后一种方法补偿电流的加入，势必会影响到电机输入的电流密度，进而降低电机的推力。

2、多初级结构方案通过各初级之间的相位差来实现整体定位力的降低，具有结构简单，便于加工的特点。但目前现有的结构大都基于三初级结构，该结构需要两个磁障占据了较大空间的同时还需加工三个初级，这些不仅会降低电机的推力密度，也会增添电机的加工成本，不利于多初级结构的在工程实践上的广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，在不影响推力大小的前提下，实现直线电机低推力波动，高精度运行。通过降低磁障的体积，初级的数量和采用t型槽拼接技术，提高现有多初级结构的推力密度的同时，显著降低多初级电机的加工成本，使其在工程应用中具有更大的优势。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，包括初级模块化组件、磁障、次级铁芯和永磁体阵列，初级模块化组件包括第一初级模块、第二初级模块；第一初级模块和第二初级模块之间由磁障隔开；永磁体阵列安装在次级铁芯表面，穿过第一初级模块、第二初级模块和磁障内部的通孔，并与通孔在同一轴线上。

3、进一步地，所述第一初级模块两端设有端部圆环，第一初级模块为包括多个铁芯绕组子模块沿轴线拼接而成的分数槽结构。

4、进一步地，每个铁芯绕组子模块包括t型槽磁铁和槽内绕组；

5、进一步地，t型槽磁铁为圆柱体结构，其中间设有通孔且两端面设有沉孔，两个绕组放置沉孔内；绕组每个绕组按照星形图进行排布。

6、进一步地，第二初级模块与第一初级模块的结构组成区别仅在于每个绕组内线圈的接线顺序不同。

7、进一步地，磁障的宽度为：

8、l2＝(a±1/2)τ-l1

9、式中，τ为极距，l1为初级模块的长度，l2为磁障的宽度，a为正整数。

10、进一步地，电机的极槽比为11极：12槽。

11、进一步地，还包括支架、前端盖、上盖、后端盖、导轨、滑块和底座；底座通过固定安装在滑块上，滑块滑动安装在导轨上，导轨固定安装在支架上，从而底座相对于支架滑动；第一初级模块、第二初级模块和磁障放置固定安装于底座上；前端盖和后端盖与底座固定连接，上盖安装在前端盖和后端盖上；永磁体阵列固定安装在次级铁芯的圆柱表面，次级铁芯穿过第一初级模块、第二初级模块和磁障固定在支架1上。

12、进一步地，前端盖、后端盖和磁障均采用非导磁材料。

13、进一步地，所述永磁体阵列可以采用径向永磁体阵列的充磁、轴向充磁或者halbach阵列充磁的方式。

14、本发明的有益效果在于：

15、(1)通过设置磁障的宽度和铁芯绕组子模块的分数槽结构，有效地抑制了电机的端部力和齿槽力，降低电机的推力波动，实现直线电机在低推力波动下高精度的性能输出。

16、(2)通过设置双初级模块的结构，有效地提高了电机的推力密度，降低了制造和安装的成本。

17、(3)采用便于拆卸安装的t型槽结构，改善直线电机在安装中的一系列问题，并且此结构可以根据需求实时改变极槽比，提高直线电机的应用场景，使其在使用时更加灵活可靠。

18、(4)本专利所提的双初级模块化结构具有较好的普适性，同样适用于其他类型直线电机结构。

技术特征：

1.一种低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，包括初级模块化组件、磁障、次级铁芯和永磁体阵列，初级模块化组件包括第一初级模块、第二初级模块；第一初级模块和第二初级模块之间由磁障隔开；永磁体阵列安装在次级铁芯表面，穿过第一初级模块、第二初级模块和磁障内部的通孔，并与通孔在同一轴线上。

2.根据权利要求1所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，所述第一初级模块两端设有端部圆环，第一初级模块为包括多个铁芯绕组子模块沿轴线拼接而成的分数槽结构。

3.根据权利要求2所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，每个铁芯绕组子模块包括t型槽磁铁和槽内绕组。

4.根据权利要求3所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，t型槽磁铁为圆柱体结构，其中间设有通孔且两端面设有沉孔，两个绕组放置沉孔内；每个绕组按照星形图进行排布。

5.根据权利要求3所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，第二初级模块与第一初级模块的结构组成区别仅在于每个绕组内线圈的接线顺序不同。

6.根据权利要求1所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，磁障的宽度为：

7.根据权利要求3所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，电机的极槽比为11极：12槽。

8.根据权利要求1所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，还包括支架、前端盖、上盖、后端盖、导轨、滑块和底座；底座通过固定安装在滑块上，滑块滑动安装在导轨上，导轨固定安装在支架上，从而底座相对于支架滑动；第一初级模块、第二初级模块和磁障放置固定安装于底座上；前端盖和后端盖与底座固定连接，上盖安装在前端盖和后端盖上；永磁体阵列固定安装在次级铁芯的圆柱表面，次级铁芯穿过第一初级模块、第二初级模块和磁障固定在支架1上。

9.根据权利要求8所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，前端盖、后端盖和磁障均采用非导磁材料。

10.根据权利要求1所述的低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，其特征在于，所述永磁体阵列可以采用径向永磁体阵列的充磁、轴向充磁或者halbach阵列充磁的方式。

技术总结
本发明公开了一种低推力波动双初级模块管状永磁同步直线电机，包括初级模块化组件、磁障、次级铁芯和永磁体阵列，初级模块化组件包括第一初级模块、第二初级模块；第一初级模块和第二初级模块之间由磁障隔开；永磁体阵列安装在次级铁芯表面，穿过第一初级模块、第二初级模块和磁障内部的通孔，并与通孔在同一轴线上。通过减少定位力，抑制推力波动，实现直线电机在低推力波动下高精度的性能输出；设置双初级模块的结构，有效地提高了电机的推力密度，降低了制造和安装的成本；采用便于拆卸安装的T型槽结构，安装方便，应用灵活。

技术研发人员：吴清乐,王丽群,李树立,杨国来
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15