[发明专利]一种组合式低齿槽力永磁直线电机及其实现方法

说明书

本发明公开一种组合式低齿槽力永磁直线电机及其实现方法，所述直线电机包括初级和次级，所述初级由初级铁心和电枢绕组组成，电枢绕组绕在初级铁心齿上，所述次级由至少一组主、副次级模块紧密拼装组成，单个次级模块由永磁体和次级轭板组成，单个次级模块内永磁极的个数相同，各次级模块内永磁极宽度不同。所述主次级模块的齿槽力在前半周期为正值，后半周期为负值，副次级模块的齿槽力在前半周期为负值，后半周期为正值，主次级模块产生的齿槽力与副次级模块的产生的齿槽力波形高度互补，主次级模块及与其匹配的副次级模块沿次级运动方向积木式组合。本发明的有益效果是能够显著地减少组合式电机总的齿槽力，且不降低磁体的利用率。

技术领域

本发明属于直线电机领域，更具体地，涉及一种组合式低齿槽力永磁直线电机及其实现方法。

背景技术

永磁直线电机具有推力密度大、响应速度快、定位精度高等优点，在垂直提升系统、交通运输、精密加工等直线运动场合具有广阔的应用前景。当直线电机被应用在要求大推力的场合时，一般采用多台单元直线电机沿运动方向组合安装，按布置方式可分为单边与双边结构，各单元电机之间积木式拼装组合以形成连续铁心，可认为这种应用场合下电机总的输出推力为各单元电机的输出推力之和。单元直线电机模块化组合后，虽然各单元电机的推力叠加满足了推力需求，但各单元电机的齿槽力也相应叠加，齿槽力的增大会导致推力波动，降低永磁直线电机的控制特性、运行可靠性、控制与定位精度，并引起震动噪声等问题。

为了降低齿槽力与推力波动，现有技术提出了多种方法，如斜极法、采用相同材料不等厚度的永磁磁极、磁极削极、磁极轴向分段等。斜极法因简单有效被广泛应用，如图1-3所示，其将直线电机次级上的永磁体在轴向倾斜，从而减小电机的齿槽力，虽然斜极法可以有效抑制齿槽力，但它会造成推力下降，导致永磁体利用率低；采用相同材料不等厚度的永磁磁极也可以抑制齿槽力，但这种方法会降低永磁体利用率，同时加工难度和安装难度都较大；磁极削极法包括极弧偏心、正弦削极、反余弦削极、谐波削极等，这种方法通过优化永磁体极弧，从而达到减小气隙磁密含量，抑制推力波动，但削极参数的敏感性高，加工难度大；磁极轴向分段法通过把转子轴向合理分段以削弱齿槽转矩，但轴向分段转子间不可避免会存在漏磁，造成电机局部饱和。

总体而言，现有的齿槽力抑制方法均是对单个单元电机内的磁极进行优化，没有考虑到多台单元电机组合使用的应用场景，且不可避免的具有推力下降、永磁体利用率低、加工难度大等问题。

发明内容

针对多台单元直线电机模块组合的大推力应用场合，本发明提出了一种组合式低齿槽力永磁直线电机。其目的在于解决现有永磁直线电机在组合使用时齿槽力成倍叠加，齿槽力大的技术问题，且不受槽极配合的限制，能显著地减小永磁直线电机的齿槽力，同时不降低永磁材料的利用率。

作为本发明的一方面，本发明提供一种组合式低齿槽力永磁直线电机，由多个单元电机模块拼装组合而成，每个电机单元包括组合式初级和组合式次级，组合式初级由结构相同的初极模块组成并形成连续初级，所述初级模块由初级铁心和电枢绕组组成，电枢绕组绕在初级铁心齿上，组合式次级由具有不同极弧系数的次级模块组成，单个次级模块由永磁体和次级轭板组成，不同次级模块的永磁体宽度不同，厚度相等，通过把具有特定极弧系数的次级模块组合起来形成主次级模块和副次级模块，主次级模块的齿槽力在前半周期为正值，后半周期为负值，副次级模块的齿槽力在前半周期为负值，后半周期为正值，主副次级模块的齿槽力波形高度互补，主次级模块及与其匹配的副次级模块沿次级运动方向积木式组合，组合式次级模块合成后实现总的低齿槽力。

优选的，所述直线电机的拓扑结构采用单边结构，设有单边初级，其次级由至少一组主、副次级模块沿电机运动依次紧密排列构成，与初级形成面对面结构，单个次级模块由次级轭板和永磁体组成，所述各主副次级模块中包含相同个数的永磁体，单个次级模块内的永磁体的极弧系数相同，不同的次级模块具有不同的极弧系数。