[发明专利]一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及直线电机领域，具体涉及一种永磁同步直线电机。

背景技术

旋转电机三相绕组沿周向结构对称循环，三相绕组参数对称恒定，电磁转矩的谐波分量较小。直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种演变，它可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线。直线电机包括初级和次级，初级由铁芯和绕组构成，由于初级铁芯不能像旋转电机那样具有闭合圆环的形状，而是长直、两端开断的铁芯，造成了很大的端部磁阻力，由于端部的气隙磁阻随运动位置发生急剧变化，造成端部磁阻力的值大幅度波动。初级铁芯边端开断，同时引起各相绕组参数不对称，造成较大幅度的电磁推力脉动，严重恶化了直线电机的控制特性。边端效应产生的磁阻力和电磁推力脉动是电机推力波动的主要成分，是电机推力波动幅度大的主要因素。对边端磁阻力问题，大量的研究积极探索消去其基频影响的方法，相对有效的手段是有限元数字仿真优化结合频谱分析，但针对基频削弱边端磁阻力的方法所能降低磁阻力波动幅度仍不能达到理想的要求，边端磁阻力由于波动幅值较大，仍然是目前存在的影响直线电机性能改善的主要因素之一。边端效应引起的电磁推力脉动在电机结构设计上尚无有效的方法，主要依靠电机控制方案抑制，影响了电机的控制效果、增加了控制耗费。由于边端效应问题本身的复杂性，已有的各种削弱边端效应影响的理论和方法在适用范围、应用效果均有较大局限，未能全面有效解决边端效应问题，直接影响了永磁同步直线电机的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机，可消除边端效应产生的推力波动。

一种基于组合铁芯初级的永磁同步直线电机，包括次级和初级，其特征在于，次级包含一个次级模块或一个以上的横向平行放置的次级模块，次级模块纵向上布置有交替等距排列的N极和S极磁钢；初级由一个以上的铁芯模块构成，初级铁芯模块按依次两两间的机械角距差为mτ/k安放在次级模块上，τ为极距，k为初级铁芯模块个数，m为不整除k的正整数。

作为优化，k为电机电源相数的整数倍。

作为优化，所述铁芯模块纵向安放在同一次级模块上，相邻铁芯模块的位置差为2nτ+mτ/k，n为正整数。

座位优化，所述初级铁芯模块横向对齐地安放在不同次级模块上，相邻次级模块的相同极性磁钢错位mτ/k。

作为优化，在I个次级模块上均纵向安放有J个铁芯模块，不同次级模块上的铁芯模块横向对齐，同一次级模块上的相邻铁芯模块的位置差为nτ+mτ/(I*J)，相邻次级模块的相同极性磁钢错位mτ/I。

作为优化，所述次级横向绕成筒形。

作为优化，所述m与k互为质数。

本发明的技术效果体现在：本发明直线电机包括组合铁芯初级和次级两大部分。每一初级铁芯模块和次级构成了一个模块电机，整体电机运行时相当于各模块电机按均匀的相差联合运行。由此构成的电机2k个铁芯边端可消去边端磁阻力的谐波成分产生主要影响的低阶频率成分；作为优化，当k等于电机电源相数或为电源相数的整数倍时，各相绕组在边端具有对称轮序的特征，同时又消除电磁推力脉动。本发明直线电机除具有一般直线电机具有的传动结构简单、系统加减速响应快、定位精确等优点外，因消除了直线电机边端效应产生的电机推力波动，使永磁同步直线电机具有了与旋转电机相当的本体特性和控制性能，为永磁同步直线电机提高应用效果、扩大应用领域提供了性能优越的电机本体。

附图说明

图1是永磁同步直线电机多模块铁芯移位组合图；

图2是三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机绕组特性图；

图3是平板型次级磁钢移位组合铁芯初级永磁同步直线电机示意图，其中图3a是平面示意图，图3b是三维立体示意图；

图4是平板型多排多列铁芯模块组合初级永磁同步直线电机示意图；

图5是圆筒形三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机示意图；

图6是圆筒型次级磁钢移位的组合铁芯初级永磁同步直线电机示意图；

图7是平板型六槽三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机的示意图；

图8是平板型十二槽三模块组合铁芯初级永磁同步直线电机的示意图；

图9是六槽三模块组合铁芯初级和单模块初级推力曲线比较图(I＝4.5A)，其中，图9a是组合模块曲线，图9b是单模块曲线。

图10是6槽组合模块电机与单模块电机电磁力脉动曲线对比图，其中10a是组合模块曲线，图10b是单模块曲线。

图11是6槽组合模块电机与单模块电机边端磁阻力曲线对比图，其中，图11a是组合模块曲线，图11b是单模块曲线。