一種直線電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)設(shè)及一種直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 直線電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置?，F(xiàn)有技術(shù)中，直線電機(jī)的運(yùn)行效 率低，運(yùn)行效率受很多因素的限制，最主要的是電機(jī)的推力波動(dòng)對(duì)電機(jī)運(yùn)行效率的影響。但 是，推力波動(dòng)的存在不可避免，只能采取一系列的措施來(lái)削弱波動(dòng)的存在。因此，抑制推力 波動(dòng)的問(wèn)題亟待解決。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定方 便，在一定程度上可減小推力波動(dòng)的直線電機(jī)，及提高電機(jī)運(yùn)行效率的優(yōu)化驗(yàn)證方法。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:所提供的運(yùn)種直線電機(jī)，包括 初級(jí)鐵忍、初級(jí)線圈、次級(jí)鐵忍和永磁體，所述初級(jí)鐵忍上開(kāi)有多個(gè)齒槽，所述初級(jí)線圈繞 在相鄰齒槽間形成的齒牙上，所述次級(jí)鐵忍位于所述初級(jí)鐵忍下方作為給定長(zhǎng)度的基座， 所述永磁體固定排列在所述次級(jí)鐵忍上，所述永磁體的極距與齒槽間的齒距的比值為分 數(shù)。
[0005] 為使上述技術(shù)方案更加詳盡和具體，本實(shí)用新型還提供W下更進(jìn)一步的優(yōu)選技術(shù) 方案，W獲得滿意的實(shí)用效果：
[0006] 在所述次級(jí)鐵忍上設(shè)有至少一對(duì)永磁體。
[0007] 所述次級(jí)鐵忍上還有設(shè)有至少一對(duì)外置永磁體，及至少有一對(duì)內(nèi)置永磁體。
[000引所述齒槽為設(shè)于所述初級(jí)鐵忍上的開(kāi)口槽，所述齒牙下端設(shè)有朝向相鄰齒槽側(cè) 延伸的凸臺(tái)，所述齒槽開(kāi)口端兩側(cè)的凸臺(tái)間預(yù)留間隙，將所述開(kāi)口端形成半閉合狀態(tài)。
[0009] 所述凸臺(tái)的上端面為向下漸變的斜面。
[0010] 所述永磁體的極距為齒槽間的齒距的1.5倍。
[0011] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行 穩(wěn)定方便;能在一定程度上抑制電機(jī)的推力波動(dòng)，通過(guò)驗(yàn)證，優(yōu)選出的槽極匹配系數(shù)的電 機(jī)，齒槽力比其他直線電機(jī)的齒槽力小，從而達(dá)到抑制推力波動(dòng)的作用。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 下面對(duì)本說(shuō)明書(shū)的附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明：
[0013] 圖1為本實(shí)用新型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2為本實(shí)用新型直線電機(jī)槽極匹配結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3為本實(shí)用新型直線電機(jī)最優(yōu)槽極匹配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖中標(biāo)記為：1、初級(jí)鐵忍，2、初級(jí)線圈，3、次級(jí)鐵忍，4、永磁體，41、內(nèi)置永磁體， 42、外置永磁體。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)最優(yōu)實(shí)施例的描述，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一 步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0018] 齒槽力是永磁體和鐵忍之間相互作用產(chǎn)生的力，即使電樞繞組不通電，齒槽力也 存在。直線電機(jī)的齒槽力隨著電機(jī)的齒槽與永磁體之間的位置的變化而變化，從而讓推力 產(chǎn)生波動(dòng)。動(dòng)子與定子之間氣隙磁導(dǎo)發(fā)生變化，磁場(chǎng)儲(chǔ)能發(fā)生變化，從而產(chǎn)生齒槽力。
[0019] 本實(shí)用新型直線電機(jī)，是一種可減小推力波動(dòng)，具有較小齒槽力的電機(jī)，如圖1所 示，包括初級(jí)鐵忍1、初級(jí)線圈2、次級(jí)鐵忍3和永磁體4,初級(jí)鐵忍1上開(kāi)有多個(gè)齒槽，初級(jí)線 圈2繞在相鄰齒槽間的齒牙上，次級(jí)鐵忍3位于初級(jí)鐵忍1下方作為給定長(zhǎng)度的基座，永磁體 4排列固定在次級(jí)鐵忍3上，永磁體4的極距與齒槽間的齒距的比值為分?jǐn)?shù)，即槽極匹配系數(shù) ^為分?jǐn)?shù)，如圖2中所示，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可得到較小的齒槽力。直線電機(jī)因?yàn)槠渥?身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使電機(jī)存在邊端效應(yīng)和齒槽力，本實(shí)用新型從抑制電機(jī)齒槽力的角度，通過(guò) 改變直線電機(jī)槽極匹配來(lái)抑制齒槽力，從而能夠達(dá)到抑制直線電機(jī)推力波動(dòng)的效果。
[0020] 本實(shí)用新型中在次級(jí)鐵忍3上設(shè)有至少一對(duì)永磁體4。次級(jí)鐵忍3上還有設(shè)有至少 一對(duì)外置永磁體42,至少有一對(duì)內(nèi)置永磁體41。內(nèi)置永磁體41和一對(duì)外置永磁體42 W磁力 互斥的方式構(gòu)成磁力彈黃。如圖1中所示，在初級(jí)鐵忍1靜止時(shí)，覆蓋范圍下的為內(nèi)置永磁體 41，其余為外置永磁體42。
[0021] 齒槽為設(shè)于初級(jí)鐵忍1上的開(kāi)口槽，齒牙下端設(shè)有朝向相鄰齒槽側(cè)延伸的凸臺(tái)，齒 槽開(kāi)口端兩側(cè)的凸臺(tái)間預(yù)留間隙，將開(kāi)口端形成半閉合狀態(tài)。凸臺(tái)的上端面為向下漸變的 斜面。運(yùn)種結(jié)構(gòu)設(shè)置可更好地提供磁路，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0022] 為了抑制直線電機(jī)的推力波動(dòng)，改善直線電機(jī)輸出性能，本實(shí)用新型直線電機(jī)通 過(guò)改變直線電機(jī)的齒距和永磁體的極距來(lái)抑制電機(jī)齒槽力對(duì)電機(jī)的影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)推力 波動(dòng)的改善。槽極匹配情況如圖2示，保持齒槽大小和形狀不變的情況下，改變對(duì)應(yīng)的永磁 體，確定不同的槽極匹配系數(shù)^對(duì)槽極匹配系數(shù)^不同的電機(jī)進(jìn)行研究，在有限元分析 V。 下i 軟件中繪制模型并仿真，不同的槽極匹配，齒槽力不同。
[0023] 通過(guò)優(yōu)化驗(yàn)證，本實(shí)用新型中優(yōu)選的，永磁體4的極距為齒槽間的齒距的1.5倍，可 得到較好的抑制推力波動(dòng)的效果，如圖3所示。
[0024] 將固定有永磁體4的次級(jí)鐵忍3作為定子，繞有初級(jí)線圈2的初級(jí)鐵忍1作為動(dòng)子， 在次級(jí)鐵忍3上做橫向的往返直線運(yùn)動(dòng)。推力波動(dòng)的主要來(lái)源是齒槽效應(yīng)，為了提高直線電 機(jī)的運(yùn)行性能，必須研究減小電機(jī)齒槽效應(yīng)的技術(shù)措施。研究過(guò)程中，對(duì)直線電機(jī)的數(shù)學(xué)原 理進(jìn)行了分析，并進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，運(yùn)用有限元分析分別對(duì)不同槽極的直線電機(jī)進(jìn)行模擬仿 真，得到最優(yōu)槽極匹配系數(shù)。從而使得直線電機(jī)運(yùn)行時(shí)的推力波動(dòng)得到了一定程度的抑制， 改善了電機(jī)輸出，實(shí)現(xiàn)了直線電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
[0025] 具體的，本實(shí)用新型還提供一種提高直線電機(jī)運(yùn)行效率的優(yōu)化驗(yàn)證方法，包括如 下步驟：
[0026] 1)旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩定義為內(nèi)部的磁共能W相對(duì)于位置角α的負(fù)導(dǎo)數(shù)，即： 在TPMLM中定子、動(dòng)子的相對(duì)位置類似旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)的位置角，可得直線電機(jī)
〇 中齒槽力定義；
設(shè)定電機(jī)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周 期就是一個(gè)齒距的距離，每塊永磁體產(chǎn)生的齒槽力可W用化urier級(jí)數(shù)進(jìn)行描述，對(duì)于第i 塊永磁體，確定齒槽力的化urier級(jí)數(shù)為
[0027] 式中X為正體動(dòng)子的位移，k為諧波次數(shù)，k=l，2,3，-'，Ts為齒距，F(xiàn)k,i為k次諧波的 幅值，恥,,為第i塊永磁體k次諧波的相角；
[0028] 2)第i塊永磁體k次諧波的相角
式中，qp是一個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的槽 數(shù)；
[0029] 3)確定總齒槽力
是禮個(gè)磁極產(chǎn)生的齒 槽力的疊加；
[0030] 4)槽極匹配系數(shù)^為永磁體的極距和齒槽的齒距的比值，保持齒槽大小和形狀 不變的情況下，改變對(duì)應(yīng)的永磁體，確定不同的槽極匹配系數(shù)對(duì)具有不同槽極匹配系 數(shù)^的電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證；
[0031] 5)將具有不同槽極匹配系數(shù)電機(jī)的一個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的槽數(shù)qp代入步驟3)中，計(jì)算相 應(yīng)的齒槽力大小，得出具有最小的齒槽力的電機(jī)。
[0032] 根據(jù)qp是否為整數(shù)，可W分為兩種情況:若qp是整數(shù)，每塊永磁體產(chǎn)生的齒槽力的 相角奪W是相同的，運(yùn)樣整個(gè)電機(jī)產(chǎn)生的齒槽力將是單個(gè)永磁體產(chǎn)生的齒槽力的化倍;若qp 是分?jǐn)?shù)，不同的永磁體產(chǎn)生的齒槽力的相角不相同，運(yùn)樣就可W使得整個(gè)電機(jī)的齒槽力大 為減小。因此，利用槽極配合可W削弱齒槽力。
[0033] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:對(duì)直線電機(jī)的原理進(jìn)行建模分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用有限 元分析軟件進(jìn)行仿真，驗(yàn)證推導(dǎo)的最優(yōu)槽極匹配系數(shù)是否合理。槽極匹配情況如圖1所示， 保持齒槽大小和形狀不變的情況下，改變對(duì)應(yīng)的永磁體，確定不同的槽極匹配系數(shù)對(duì) 槽極匹配系數(shù)^不同的4個(gè)電機(jī)進(jìn)行研究，得到結(jié)果。
[0034] 在實(shí)際的研究過(guò)程中，為了避免其他因素（如端部效應(yīng)等)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，仿真 過(guò)程中，不給線圈通入電流，而是控制次級(jí)動(dòng)子確定的速度均速直線運(yùn)動(dòng)，可選擇W 2.3m/s的速度均速直線運(yùn)動(dòng)，得出的就僅僅是由于槽極配比不同而產(chǎn)生的影響。
[0035] 直線電機(jī)運(yùn)行原理：給初級(jí)線圈2中通入電流，在線圈周圍產(chǎn)生磁通，磁通通過(guò)初 級(jí)鐵忍1、氣隙和次級(jí)鐵忍3,形成閉環(huán)磁通。次級(jí)永磁體4就會(huì)在磁場(chǎng)力的作用下橫向做直 線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電流方向改變，次級(jí)動(dòng)子就會(huì)做相反的運(yùn)動(dòng)。若給初級(jí)線圈2通入交變的正弦電 流，則次級(jí)在橫向做往返的直線運(yùn)動(dòng)。
[0036] 本實(shí)用新型直線電機(jī)有如下積極效果：（1)本實(shí)用新型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行方 便；（2)本實(shí)用新型直線電機(jī)能在一定程度上抑制電機(jī)的推力波動(dòng)，通過(guò)該方法驗(yàn)證，優(yōu)選 出的永磁體的極距定為齒槽的齒距的1.5倍的直線電機(jī)，齒槽力比其他直線電機(jī)的齒槽力 小，從而達(dá)到抑制推力波動(dòng)的作用。
[0037] 上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，但是本實(shí)用新型并不受限于上述 方式，只要采用本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)或直接應(yīng)用 于其它場(chǎng)合的，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直線電機(jī)，其特征在于:包括初級(jí)鐵芯（1)、初級(jí)線圈（2)、次級(jí)鐵芯(3)和永磁體 (4)，所述初級(jí)鐵芯（1)上開(kāi)有多個(gè)齒槽，所述初級(jí)線圈（2)繞在相鄰齒槽間形成的齒牙上， 所述次級(jí)鐵芯(3)位于所述初級(jí)鐵芯（1)下方作為給定長(zhǎng)度的基座，所述永磁體(4)固定排 列在所述次級(jí)鐵芯(3)上，所述永磁體(4)的極距與齒槽間的齒距的比值為分?jǐn)?shù)。2. 按照權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:在所述次級(jí)鐵芯（3)上設(shè)有至少一對(duì) 永磁體(4)。3. 按照權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述次級(jí)鐵芯（3)上還有設(shè)有至少一 對(duì)外置永磁體(42 )，及至少有一對(duì)內(nèi)置永磁體(41)。4. 按照權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述齒槽為設(shè)于所述初級(jí)鐵芯（1)上 的開(kāi)口槽，所述齒牙下端設(shè)有朝向相鄰齒槽側(cè)延伸的凸臺(tái)，所述齒槽開(kāi)口端兩側(cè)的凸臺(tái)間 預(yù)留間隙，將所述開(kāi)口端形成半閉合狀態(tài)。5. 按照權(quán)利要求4所述的直線電機(jī)，其特征在于：所述凸臺(tái)的上端面為向下漸變的斜 面。6. 按照權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述永磁體(4)的極距為齒 槽間的齒距的1.5倍。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種直線電機(jī)，包括初級(jí)鐵芯(1)、初級(jí)線圈(2)、次級(jí)鐵芯(3)和永磁體(4)，所述初級(jí)鐵芯(1)上開(kāi)有多個(gè)齒槽，所述初級(jí)線圈(2)繞在相鄰齒槽間形成的齒牙上，所述次級(jí)鐵芯(3)位于所述初級(jí)鐵芯(1)下方作為給定長(zhǎng)度的基座，所述永磁體(4)固定排列在所述次級(jí)鐵芯(3)上，所述永磁體(4)的極距與齒槽間的齒距的比值為分?jǐn)?shù)。此實(shí)用新型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定方便，在一定程度上可減小推力波動(dòng)。
【IPC分類】H02K41/035
【公開(kāi)號(hào)】CN205160338
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521010406
【發(fā)明人】陸華才, 繆碧云, 阮光正, 徐可, 鄧曉玲, 李滿華
【申請(qǐng)人】安徽工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日