[实用新型]一种内置式永磁同步直线电机次级结构

说明书

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。

背景技术

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匀，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0～0.8。

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。

附图说明

图1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1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