[发明专利]一种双边型永磁直线同步电动机

说明书

技术领域

本发明属于同步电机技术领域，具体涉及一种双边型永磁直线同步电动机。

背景技术

永磁直线同步电动机兼具永磁电机和直线电机的优势，将电能直接转换成直线运动机械能，不需要中间连动部分，不受离心力影响，具有结构简单、重量轻、体积小、高速高精度、高效率、大推力等显著优点，在高速数控机床、半导体加工、垂直升降输送系统，高速地面运输系统等领域得到广泛应用。双边型结构永磁直线同步电动机可以看成两个单边型结构永磁直线同步电动机背靠背而成，其推力是单边型结构的一倍，而体积重量相对于两个单边的永磁直线同步电机可明显减少，并且基本不存在法向吸力；一种典型的双边型永磁直线同步电机结构如图1所示。

永磁直线同步电动机的工作原理如下所述：当电枢绕组通入交流电时，便在气隙中产生电枢磁场。同时，磁极永磁体产生励磁磁场。所述电枢磁场与永磁体励磁磁场合成构成气隙磁场。起动时拖动磁极或电枢，电枢行波磁场和永磁体励磁磁场相对静止，从而电枢绕组中的电流在所述气隙磁场的作用下产生电磁推力。如果电枢固定，则磁极在推力作用下牵入同步做直线运动；反之，则电枢牵入同步做直线运动。

双边型永磁直线同步电动机与单边型直线电机一样，都存在齿槽效应和边端效应，从而产生了齿槽力和边端力，是推力波动的主要来源，也是制约直线电机性能的关键因素。为了解决该问题，现有的技术是考虑分数槽、斜槽、斜极，优化初次极的尺寸结构或者设计一个可以实施补偿的控制算法；但是，现有技术对推力性能的提升有限，特别是由于直线电机两端开断造成的电机的推力波动仍然较大。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种双边型永磁直线同步电动机，有效地削弱边端力，降低推力波动，达到高平稳的目的。

一种双边型永磁直线同步电动机，包括：左右两侧磁极和设于两侧磁极间的电枢，所述的磁极由背铁和设于背铁内侧的永磁体组构成，所述的电枢由两块叠片式铁芯拼装而成；

两侧磁极在水平方向上相互错开，两块铁芯在水平方向上齐平或两块铁芯在水平方向上相互错开，两侧磁极在水平方向上齐平。

优选地，所述的铁芯的槽数比磁极的极数大1，电枢铁芯每个齿上均套设有一个电枢绕组，电枢绕组采用非重叠的全齿绕结构，适用于双边型结构，平均推力最大、推力波动最小。

优选地，所述的两侧磁极在水平方向上的错开距离L或两块铁芯在水平方向上的错开距离L满足关系式L＝τ/k；其中，τ为电动机的极距，k为给定的错距系数且为大于0的自然数，其根据电机尺寸确定。根据实际电机进行优化分析找出可以使推力波动显著减少且推力变化不大的最优的错开距离，使得推力波动与推力的比值降低到最小，极大地优化电机性能。

优选地，所述的两块铁芯的拼装面间设有水冷机构；通过串联循环水冷，能够提高推力密度。所述的水冷机构为水冷管道，两块铁芯拼装面上开有管槽，所述的水冷管道设于管槽中。

所述的永磁体组由多个N极永磁体和多个S极永磁体交替排列组成；当两侧磁极在水平方向上齐平时，左永磁体组的各N极永磁体与右永磁体组的各N极永磁体一一对准，左永磁体组的各S极永磁体与右永磁体组的各S极永磁体一一对准。

所述的背铁采用导磁材料；所述的永磁体采用钕铁硼、衫钴或铝镍钴等材料。

本发明针对齿槽力和边端作用力在运行中都具有近似周期性变化的特性，两侧磁极或两块铁芯错开一定的距离L，可以使双边电枢的端部产生的边端力基本相互抵消，平均推力略微减小，基本变化不大，但对推力波动的抑制作用十分明显。电机两侧磁极错位与两块电枢错位的原理相同，对推力性能优化的效果也是相同的。

另外由于电机主要损耗是铜耗和铁耗，本发明在电枢铁芯背部开设冷却水管槽，中间放置水冷管道，由外部冷却系统提供循环水，进行串联水冷，可以带走大部分的热量，提高推力密度；入口水温越低，可以达到的推力密度越大，但是为了防止冷凝，入口水温不能太低，一般与环境温度相差不超过3K；此外，在工作环境温度比较高，电流密度比较大，考虑永磁体损耗等情况下，也要注意永磁体部分的温升，避免产生高温退磁。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明双边型结构中，选择铁芯的槽数与磁极的极数相差1的配合，且电枢绕组采用非重叠全齿绕结构，具有边端效应小，动子无单边法向力，推力大的优点。

(2)本发明只需要错开左右两侧磁极或铁芯，就可以使边端力基本抵消，大大削弱推力波动，具有调节方便、易于实现、调节范围大、安装维护方便等优点，适用于高速高精度、高效率、大推力情况。