[发明专利]一种双调制交替极永磁游标电机及其应用

说明书

本发明公开一种双调制交替极永磁游标电机及其应用，包括：初级铁心，电枢绕组设置于初级铁心的各开口槽中；其同一侧设置有充磁方向一致的初级永磁体；初级永磁体充磁方向与初级铁心运动方向平行，进而形成第一交替极永磁体励磁阵列；次级铁心，其与初级铁心间隔平行设置，且位于初级铁心开槽一侧，两者可相对移动；次级铁心相对于初级铁心的表面开设有间隔布置的多个开口槽，其中设置有次级永磁体；次级永磁充磁方向与初级铁心运动方向垂直，进而形成第二交替极永磁体励磁阵列；第一与第二交替极永磁体励磁阵列充磁方向相匹配。本发明次级电机采用交替极永磁体阵列，较传统次级表贴式永磁直线电机，永磁体用量可大大降低，显著减少电机成本。

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种双调制交替极永磁游标电机及其应用。

背景技术

目前，数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求，更高的动态特性和控制精度，更高的进给速度和加速度，更低的振动噪声和更小的磨损。问题的症结在传统的传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮蜗杆、皮带、丝杠、联轴器、离合器等中间传动环节，在这些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。虽然在这些方面通过不断的改进使传动性能有所提高，但问题很难从根本上解决，于是出现了“直接传动”的概念，即取消从电动机到工作部件之间的各种中间环节。

随着电机及其驱动控制技术的发展，直线电机的出现和技术的日益成熟，使直线坐标运动的“直接传动”概念变为现实，并日益显示其巨大的优越性：直线电机进给系统采用零传动方式，彻底改变了传统的滚珠丝杠传动方式存在先天性缺点，并具有速度高、加速度大、定位精度高、行程长度不受限制等有点。直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用，使机床的传动结构出现了重大变化，并使机床性能有了新的飞跃。

在直线电机应用领域，传统永磁直线同步电机以其优异性能在直驱场合具有广阔的应用前景，以低速大推力为改进目标，永磁游标直线电机被研究出来。这类电机基于磁场调制理论工作，因而又称为磁场调制永磁直线电机。磁场调制基本原理是利用电枢开槽调制永磁磁场和电枢磁场，产生起主要作用的高次谐波磁场，从而使电机在低速下稳定运行。与传统永磁同步直线电机相比，其特点是具有较大的推力密度和较小的推力波动，在如数控机床、伺服系统、波浪能发电系统、电梯、抽油机、轨道交通或钻孔机等领域具有较好的应用前景。

图1为现有传统永磁游标电机的结构示意图，该电机为直线电机。如图1所示，传统永磁游标直线电机包括初级部分和次级部分：其中初级部分包括具有开槽结构的初级铁心1和环绕于初级铁心齿槽中的电枢绕组3；次级部分包括次级铁心5以及表贴于次级铁心上的次级普通永磁体阵列7。传统永磁游标直线电机一般采用电枢绕于短初级，永磁体表贴在长次级的拓扑结构，虽然相较于传统永磁同步直线电机具有优异的推力性能，但还存在如下问题，严重制约了这类电机在各类领域的实际应用：

在长行程时，永磁体用量大，材料成本高；在使用中由于永磁磁极较多，容易形成大量漏磁，从而电机整体功率因数较低，进一步会导致变频器容量增大，增加器件成本；直线电机次级表面均表贴永磁体，永磁体为脆性材料，容易损毁，同时易于吸附导磁性碎屑，提高了电机的维护成本和使用寿命；传统永磁游标直线电机的推力密度仍无法满足更高要求的加速性能指标，即推力密度仍有待进一步提高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有永磁游标电机在长行程时，永磁体用量大，材料成本高；在使用中由于永磁磁极较多，容易形成大量漏磁，电机次级表面均表贴永磁体，永磁体为脆性材料，容易损毁，以及推力密度仍无法满足更高要求的加速性能指标的技术问题。