[发明专利]一种初级halbach永磁型直线电机

说明书

本发明公开了一种初级halbach永磁型直线电机，其短初级包括电枢铁芯、电枢绕组和halbach永磁阵列；电枢绕组为集中式开绕组结构，可通入直流偏置型三相正弦电流，halbach永磁阵列由两种充磁方向的永磁体构成，其中一种永磁体的充磁方向垂直于短初级的运动方向且在相邻电枢齿处极性相反，另一种永磁体的充磁方向平行于短初级的运动方向且在相邻电枢槽口处极性相反。本发明电机既能够使磁极与电枢都集中在短初级一侧，不需要采用分立部件结构且永磁体不被线圈包围，大大降低系统成本和永磁体的退磁风险，而且采用halbach永磁阵列结构可以发挥聚磁效应，进一步提高推力密度，此外增加了直流励磁磁场，实现气隙磁场可调。

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，具体涉及一种初级halbach永磁型直线电机。

背景技术

永磁直线电机兼具永磁电机和直线电机的优势，能够直接将电能转换成直线运动的机械能而不需要中间连动部分。因此，永磁直线同步电动机具有结构简单、高速度、高精度、高效率和大推力等显著优点，在高速数控机床、半导体加工、垂直升降输送系统、高速物流系统等领域已得到广泛应用。

永磁直线电机的工作原理如下所述：当电枢绕组通入交流电时，会在气隙中产生电枢磁场，同时永磁磁极在气隙中产生励磁磁场，上述电枢磁场与永磁励磁磁场共同构成气隙磁场；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。

针对高速物流系统领域，由于运动的行程较长(从几米到几十米)，永磁直线电机推广应用的一大制约在于成本，因为不管采用长电枢还是长磁极的结构，整体成本都很高。为了降低成本，现有的办法是将永磁体和电枢均集中在电枢一侧作为短初级，而次级仅由叠片铁芯构成作为长定子，即初级永磁型直线电机。

初级永磁型直线电机主要有以下几种类型：

一：开关磁链永磁直线电机。

该结构把永磁体放置在电枢齿中间位置，其永磁体用量较小，电枢长度较短，在长行程应用场合成本可以大大降低，但也带来新的问题：1.电枢铁芯由多个分立部件构成，加工及安装困难；2.槽面积与永磁体互相制约，推力密度受到了限制；3.永磁体被电枢绕组包围，散热条件太差；4.气隙磁场调节困难，弱磁扩速范围受到了限制。

二：磁通反向型永磁直线电机。

该结构把永磁体放置在电枢铁芯齿面上(靠近气隙)，其永磁体用量较小，电枢长度较短，在长行程应用场合成本大大降低，但也带来新的问题：1.由于磁路串联，电枢磁路需经过永磁体，使得电枢磁路的等效气隙变大，推力密度受到限制；2.电枢磁场需经过永磁体，在电枢电流较大时，永磁体有非常高的退磁风险；3.气隙磁场调节困难，弱磁扩速范围受到了限制。

三：初级轭部永磁型直线电机。

该结构把永磁体放置在电枢铁芯相邻电枢齿之间的轭部，其永磁体用量较小，电枢长度较短，在长行程应用场合成本大大降低，同样也带来新的问题：1.由于磁路串联，电枢磁路需经过永磁体，永磁体有非常高的退磁风险；2.初级铁芯由多个分立部件构成，加工及安装困难；3.电机轭部非常容易饱和，推力密度受到限制；4.气隙磁场调节困难，弱磁扩速范围受到了限制。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种初级halbach永磁型直线电机，该电机既能够使磁极与电枢都集中在短初级一侧，不需要采用分立部件结构且永磁体不被线圈包围，大大降低系统成本和永磁体的退磁风险，而且采用halbach永磁阵列结构可以发挥聚磁效应，进一步提高推力密度，此外增加了直流励磁磁场，实现气隙磁场可调。

一种初级halbach永磁型直线电机，包括短初级和长次级；