[发明专利]一种不对称双定子圆筒型永磁直线电机

说明书

技术领域

本发明属于同步电机技术领域，具体涉及一种不对称双定子圆筒型永磁直线电机。

背景技术

圆筒型永磁直线同步电机兼具永磁电机和直线电机的优势，将电能直接转换成直线运动机械能，不需要中间连动部分，不受离心力影响，具有结构简单、重量轻、体积小、高速高精度、高效率、大推力、导向方便等显著优点，在半导体加工、食品加工等领域得到广泛应用。圆筒型永磁直线同步电机典型结构如图1所示。

圆筒型永磁直线同步电机的工作原理如下所述：当电枢绕组通入交流电时，便在气隙中产生电枢磁场。同时，磁极永磁体产生励磁磁场。所述电枢磁场与永磁体励磁磁场合成构成气隙磁场。起动时拖动磁极或电枢，电枢行波磁场和永磁体励磁磁场相对静止，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。

圆筒型永磁直线同步电机推广应用的制约在于成本，因为不管是采用长电枢结构，还是长磁极结构，整体成本都很高。为了降低成本，现有办法是采用圆筒型开关磁链永磁直线同步电机，把永磁体放置在电枢上，其永磁体用量较小，电枢长度也不长，成本大大降低，但也带来新的问题：一方面是永磁体被线圈包围，散热条件太差；另一方面槽面积与永磁体互相制约，推力密度受到了限制。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种不对称双定子圆筒型永磁直线电机，既能够使永磁体与电枢相互独立，又能降低永磁体的用量及电枢的长度。

一种不对称双定子圆筒型永磁直线电机，包括短定子和长动子；

所述的短定子采用不对称结构的内外双定子，内定子为圆筒型的磁极，外定子为圆筒型的电枢，且两者与长动子之间均保持一定气隙；

所述的电枢为齿状结构包括电枢铁芯以及套设于电枢齿上的电枢绕组，所述的磁极为径向充磁结构或轴向充磁结构；

所述的电枢采用半闭口槽或采用开口槽，且电枢齿朝向长动子；若电枢采用半闭口槽，则电枢齿部带齿尖；若电枢采用开口槽，则电枢齿部不带齿尖；

所述的电枢铁芯由多个铁芯单元沿轴向拼接组成，所述的铁芯单元采用软磁复合材料一次冲压成形或采用T型硅钢冲片沿径向叠压而成；若铁芯单元采用T型硅钢冲片，则其在圆周方向至少分成4段；

若磁极为轴向充磁结构，则其由若干块磁极铁芯和永磁体呈交替排列组成，所述永磁体的充磁方向为轴向，即与长动子的运动方向一致；

若磁极为径向充磁结构，则其由一圆筒型的磁极铁芯以及若干块贴附于磁极铁芯上且朝向长动子紧密排列的永磁体组成，所述永磁体的充磁方向为径向，即与长动子的运动方向垂直；

所述的长动子由多个圆环型的调磁铁块按均匀间隔沿轴向排列组成，且调磁铁块个数N和电枢齿数M满足如下关系：N＝kM±1或N＝kM±2，k为大于0的自然数。

所述的永磁体个数为电枢齿数M的整数倍或电枢齿数M为永磁体个数的整数倍；若两者个数相同，则每个永磁体的中心线与对应电枢槽的中心线对齐。

所述的永磁体均为N极和S极交替排列。

所述的长动子采用分离结构即相邻两个调磁铁块间注入液态非导磁材料填充后固化或插入非导磁材料环作为间隔，再通过长螺栓实现固定。

优选液态非导磁材料填充后固化，可提高加工精度与动子的强度。

所述的电枢绕组采用饼式绕组，每个电枢槽的线圈数为1～2个。

所述的短定子固定于工作平台上；其中，外定子通过固定支架安装于工作平台上；内定子被贯穿于一长轴上，长轴两端固定于工作平台上。

本发明电机的短定子为双定子不对称结构，一边是电枢，另一边是磁极，两者分别固定于工作平台上，两者相对静止又相互独立，分别处于动子的不同边，长动子处于两个短定子之间，既实现了磁通切换式结构的优点，也有效避免了磁极散热困难、磁路与电路相互竞争的缺点；故本发明相对现有技术的有益技术效果如下：

(1)本发明不对称双定子圆筒型永磁直线电机把电枢与磁极分别作为短定子中的一个定子，从而不仅大大减小了永磁体的用量，而且不影响永磁体的散热条件，适用于工业、民用、医药等需要低成本直线运动的应用场合，如半导体加工、食品加工等。

(2)本发明长动子仅由调磁铁块组成，成本低，易于实现模块化。

(3)本发明不对称双定子中的电枢与磁极结构与普通圆筒型永磁直线电机相同，加工方便，成本低。

附图说明

图1为现有圆筒型永磁直线同步电动机的结构示意图。