[发明专利]双边模块化低定位力永磁同步直线电机及其性能优化方法

说明书

本发明公开了一种双边模块化低定位力永磁同步直线电机及其性能优化方法。所述直线电机主要由上、下定子模块和动子模块组成。该上、下定子模块的定子铁芯槽口有大、小两种类型，且相对应的各槽口中心对齐，一个定子铁芯左、右两侧可以设置不等宽的边端齿。在设定三维坐标系中，该动子模块所含的磁钢设置有x向、z向充磁两种类型，边端配置有z向充磁磁体。其中通过优化边端齿的宽度等，可以调制出与齿槽力相位相同但方向相反的边端合力，从而有效削弱定位力。本发明的直线电机具有推力密度高、波动小、可消除法向吸力且易模块化加工等优势，可显著提高执行器的操作精度。

技术领域

本发明涉及一种电机，具体地说是一种双边模块化低定位力永磁同步直线电机及其性能优化方法，属于精密驱动设备领域。

背景技术

永磁直线电机是高精密加工和制造的关键零部件，广泛应用于轨道交通、精密检测、精密装配、激光加工和3C等行业。直线电机常用的类型包括初级开槽和不开槽两大类，开槽结构由于较低的气隙和磁阻具有高推力密度/功率密度的特点，但由于开槽结构引起电机的磁导率在开槽处与未开槽处的周期波动，从而导致直线电机的推力波动和噪声，不利于实现高精度的运动。为提高直线电机的性能，亟须设计便于模块化加工、推力波动削弱效果突出的永磁直线电机。

永磁体直线电机的推力波动主要由定位力引起，其包含齿槽力和边端力，现有技术大多是分别削弱这两种力来减小定位力。现有的削弱方法有：斜极/斜槽，优化槽口/永磁体形状、优化极槽配合、齿槽错位、以及辅助齿等。但这些方式各有优缺点，例如：

斜极/斜槽定位力削弱效果好，但在削弱定位力的同时削弱了电机推力；

槽口/永磁形状优化可削弱齿槽力，但在磁体加工和嵌线上较为复杂，不利于大规模的制造；

极槽配合在旋转电机上应用较多且效果明显，但在直线电机的应用中由于边端力和边槽的存在，削弱效果较差；

齿槽错位的方法，一方面会影响电机的额定推力，另一方面也会影响相电压的幅值和相位，需重新设置绕组的排列方式，有一定局限性；

辅助齿构型在直线电机的边端力削弱上应用较多，但大多为断面倾斜、阶梯结构，明显增加了加工制造及模块化设计难度。

如此，现阶段的定位力削弱技术大多存在设计结构复杂、调控参数众多、影响额定推力、不易实现模块化等不足，亟待改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双边模块化低定位力永磁同步直线电机及其性能优化方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种双边模块化低定位力永磁同步直线电机，其包括动子模块和分布于动子模块两侧的两个定子模块，每一定子模块包括沿动子模块的运动方向分布的两个定子线圈边齿和多个定子线圈主齿，所述多个定子线圈主齿间隔设置于两个定子线圈边齿之间，任一定子线圈边齿与相邻定子线圈主齿之间形成有定子线圈边端槽，任意两个相邻定子线圈主齿之间形成有定子线圈主槽，所述定子线圈边端槽和定子线圈主槽用于安装电枢绕组；

并且，所述两个定子模块内各定子线圈边齿的宽度、各定子线圈边端槽的宽度及各定子线圈主槽的宽度之间的关系至少满足如下要求，即，使所述两个定子模块的各边端力的合力与各齿槽力的合力的相位相同、幅值相反；

其中，所述两个定子模块的各边端力的合力与各定子线圈边齿的宽度相关，所述两个定子模块的各齿槽力的合力至少与各定子线圈边端槽的宽度及各定子线圈主槽的宽度相关。

在一些实施方式中，一个定子模块中的任一槽口均与另一定子模块中的相应槽口对齐。

在一些实施方式中，一定子模块中的两个定子线圈边齿宽度不等。

在一些实施方式中，所述两个定子模块的整体长度相等。