[发明专利]双边错齿τ/2的短初级永磁同步直线电机

说明书

本发明公开一种双边错齿τ/2的短初级永磁同步直线电机，包括初级组件、第一次级组件和第二次级组件，初级组件由上下两层电枢绕组和初级铁心构成，初级铁心上下都开槽，槽内分别设置电枢绕组；第一、第二次级组件均由永磁体和轭板构成，永磁体分别粘贴在第一次级组件轭板的下表面和第二次级组件轭板的上表面；初级组件位于第一、第二次级组件之间，并分别与第一、第二次级组件形成气隙结构；初级组件上层电枢绕组和下层电枢绕组在横向上错开位移为S＝τ/2，τ为电机的极距，且初级组件上层电枢绕组和下层电枢绕组中，同相绕组的空间电角度相差θ，60°≤θ≤120°或‑120°≤θ≤‑60°。此种结构利于降低电机的推力波动，同时降低单边磁拉力及其波动。

技术领域

本发明属于电机领域，特别涉及一种双边错齿τ/2的短初级永磁同步直线电机。

背景技术

双次级永磁同步直线电机(如图7所示)在加工工艺及精度保证的情况下，初级与次级之间形成的法向电磁吸力在中间部分上的作用基本可以相互抵消，使得电机内所产生的法向力可以分散到两边的轴承上，对于消除法向力对电机运行性能的影响可以有较强的保障；并且双边结构的电机在给定的体积内能够提供更大的推力，更适用于高推力密度的场合。但是，由于端部效应、齿槽效应和电枢反应的共同影响，使得此类电机存在推力波动大的缺点。

为抑制推力波动，一种有效的方法是采用双边错齿结构设计(如图8所示)，该电机初级组件上下两层电枢绕组的结构完全一样，但是两个电枢绕组在横向上错开一定的距离S，因此初级组件上层电枢绕组的三相绕组顺序要相应改变，错开的距离可通过进行有限元仿真得到最优值。这种结构使电机具有类似斜槽的效果，能在一定程度上削弱推力波动。但是其缺点在于，使电机的平均推力下降，同时改变了原来初级组件承受来自上下两个次级组件的单边磁拉力正好完全抵消的特性，因此造成初级组件承受单边磁拉力及其波动增大，从而影响电机装配难度增加，并影响直线电机系统的控制精度。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种双边错齿τ/2的短初级永磁同步直线电机，其利于降低电机的推力波动，同时降低单边磁拉力及其波动。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种双边错齿τ/2的短初级永磁同步直线电机，包括初级组件、第一次级组件和第二次级组件，初级组件由上下两层电枢绕组和初级铁心构成，初级铁心上下都开槽，槽内分别设置电枢绕组；第一、第二次级组件均由永磁体和轭板构成，永磁体分别粘贴在第一次级组件轭板的下表面和第二次级组件轭板的上表面；初级组件位于第一、第二次级组件之间，并分别与第一、第二次级组件形成气隙结构；初级组件上层电枢绕组和下层电枢绕组在横向上错开位移为S＝τ/2，τ为电机的极距时，初级组件的铁心轭相较传统双次级永磁同步直线电机增长τ/2；初级组件上层电枢绕组和下层电枢绕组的结构不同，上层电枢绕组和下层电枢绕组同相绕组的空间电角度相差θ，60°≤θ≤120°或-120°≤θ≤-60°。

采用上述方案后，本发明的优点是：

(1)通过双边错开位移S＝τ/2(τ为电机的极距)的设计，以及初级组件上层电枢三相绕组顺序和绕组绕制方向的调整，一方面使初级组件上下两层电枢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，使初级组件上下两层电枢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8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；本发明与之不同，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是本发明实施方式一双边错齿τ/2的短初级永磁同步直线电机；

图2是本发明实施方式一初级组件的结构示意图；