CN103904857B - 准正弦绕组直线电机 - Google Patents

Abstract

准正弦绕组直线电机，属于直线电机技术领域。本发明是为了解决现有平板形三相直线永磁同步电机由于各相绕组线圈端部相互交叉，造成铜耗增加，制造成本高，并且电机的推力波动大的问题。它的初级绕组为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈矩形，环绕在初级铁心的外表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形，在初级铁心的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心上所有绕组线圈连结形成m相绕组。本发明为一种直线电机。

Description

准正弦绕组直线电机

技术领域

本发明涉及准正弦绕组直线电机，属于直线电机技术领域。

背景技术

传统的平板形三相直线永磁同步电机的电枢铁心齿距τ_t与永磁体的极距τ_p之间满足关系3τ_t＝τ_p，每个槽中嵌放一个线圈边，线圈节距与极距相等，这种绕组结构称为整数槽单层绕组。该电机的绕组如图9所示，其A相绕组的线圈边在第一个槽和第四个槽内嵌放，同时跨过第二个槽和第三个槽，C相绕组的线圈边是在第二个槽和第五个槽内嵌放，同时跨过第三个槽和第四个槽，以此类推。这种类型绕组存在的主要问题在于：各相绕组线圈露在铁心齿外的端部比较长，并且各相绕组线圈端部相互交叉，这样不但浪费线圈、增加铜耗，还使各相绕组间的绝缘工艺变得复杂，增加了制造成本。同时，由于绕组为单层整距绕组，绕组的磁动势与电动势谐波成分大，电机的推力波动大、效率低，而且由于绕组的端部长，动子的横向支撑跨度大，增大了动子支撑难度。

发明内容

本发明目的是为了解决现有平板形三相直线永磁同步电机由于各相绕组线圈端部相互交叉，造成铜耗增加，制造成本高，并且电机的推力波动大的问题，提供了一种准正弦绕组直线电机。

本发明所述第一种结构的准正弦绕组直线电机，它包括初级和次级，次级为单边、双边、三边或四边结构，初级和次级的相对表面之间形成气隙；初级包括初级铁心和初级绕组，初级铁心沿相对运动方向的横截面为矩形，初级铁心的气隙侧表面为光滑平面；

初级绕组为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈矩形，环绕在初级铁心的外表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形，在初级铁心的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心上所有绕组线圈连结形成m相绕组。

次级为双边、三边或四边结构，初级还包括两个辅助初级铁心，两个辅助初级铁心镜像对称设置于初级铁心的两侧，与初级铁心并行放置，次级的两个对称的次级边分别位于初级铁心与相应的辅助初级铁心之间，初级铁心与次级之间及辅助初级铁心与次级之间分别形成气隙，辅助初级铁心沿相对运动方向的横截面为矩形。

次级为双边、三边或四边结构，所述真线电机还包括两个辅助初级，两个辅助初级镜像对称设置于初级铁心的两侧，与初级铁心并行放置，次级的两个对称的次级边分别位于初级铁心和相应的辅助初级之间，初级铁心与次级及次级与辅助初级之间分别形成气隙；辅助初级包括辅助初级铁心和辅助初级绕组，辅助初级铁心和辅助初级绕组沿其相对运动方向的横截面均为矩形，辅助初级铁心上辅助初级绕组的设置方式与初级铁心上初级绕组的设置方式相同，位于辅助初级铁心气隙侧的辅助初级绕组与相应的初级铁心气隙侧的初级绕组结构呈镜像对称。

第二种结构的准正弦绕组直线电机，它包括初级和次级，初级和次级均为圆筒形，初级和次级的相对表面之间形成气隙；初级包括初级铁心和初级绕组，初级铁心的气隙侧表面为光滑表面；

初级绕组为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心气隙侧表面的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈环形，环绕在初级铁心的气隙侧表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形，在初级铁心的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心上所有绕组线圈连结形成m相绕组。

本发明的优点：本发明所述直线电机的初级铁心采用无槽结构，通过采用环形绕组形成准正弦绕组，实现了绕组磁动势与电动势的正弦化，它降低了磁动势与电动势谐波，并且减小了绕组端部长度与损耗，提高了电机效率与过载能力，减小了推力波动，降低了电机振动与噪声，同时电机的结构简单、绝缘容易、制造成本低、可靠性高，适合用于高速、高加速度、大输出推力等场合。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一所述准正弦绕组直线电机，当次级为三边结构，电机为三相电机时的结构示意图，图中绕组线圈的标示为三相绕组线圈的排布方式；

图2是图1的侧视图；

图3是本发明具体实施方式二所述准正弦绕组直线电机，当次级为三边结构，电机为三相电机时的结构示意图，图中绕组线圈的标示为三相绕组线圈的排布方式；

图4是图3的侧视图；

图5是本发明具体实施方式一所述准正弦绕组直线电机，当次级为三边结构，电机为六相电机时的结构示意图，图中绕组线圈的标示为六相绕组线圈的排布方式；

图6是图5的侧视图；

图7是本发明具体实施方式五所述准正弦绕组直线电机为内初级外次级结构时的结构示意图，所述电机为三相电机，图中绕组线圈的标示为三相绕组线圈的排布方式；

图8是图7的侧视图；

图9是现有平板形三相直线永磁同步电机的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1、图2、图5和图6说明本实施方式，本实施方式所述准正弦绕组直线电机，它包括初级1和次级2，次级2为单边、双边、三边或四边结构，初级1和次级2的相对表面之间形成气隙；初级1包括初级铁心1-1和初级绕组1-2，初级铁心1-1沿相对运动方向的横截面为矩形，初级铁心1-1的气隙侧表面为光滑平面；

初级绕组1-2为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心1-1的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈矩形，环绕在初级铁心1-1的外表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形，在初级铁心1-1的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心1-1的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心1-1上所有绕组线圈连结形成m相绕组。

本实施方式中，当次级为双边结构，双边次级分列于初级1的两侧。

具体实施方式二：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述次级2为双边、三边或四边结构，初级1还包括两个辅助初级铁心1-3，两个辅助初级铁心1-3镜像对称设置于初级铁心1-1的两侧，与初级铁心1-1并行放置，次级2的两个对称的次级边分别位于初级铁心1-1与相应的辅助初级铁心1-3之间，初级铁心1-1与次级2之间及辅助初级铁心1-3与次级2之间分别形成气隙，辅助初级铁心1-3沿相对运动方向的横截面为矩形。

本实施方式中，辅助初级铁心1-3形成电机主磁路的一部分。辅助初级铁心1-3的设置，可使次级2只设置永磁体，而不必设置铁心，由此减轻了次级2的质量，在次级2为动子的情况下，能够增大次级2的加速度；同时，这种只设置永磁体的次级2结构，与初级的初级铁心1-1与辅助初级铁心1-3的结构相配合，有利于减少由于初级与次级相互吸引产生的法向力，避免了由于气隙减小，而造成的次级的结构变形；它还能使初级与次级的受力趋向平衡，在理论上达到法向力趋近于0。

具体实施方式三：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述次级2为双边、三边或四边结构，所述真线电机还包括两个辅助初级，两个辅助初级镜像对称设置于初级铁心1-1的两侧，与初级铁心1-1并行放置，次级2的两个对称的次级边分别位于初级铁心1-1和相应的辅助初级之间，初级铁心1-1与次级2及次级2与辅助初级之间分别形成气隙；辅助初级包括辅助初级铁心和辅助初级绕组，辅助初级铁心和辅助初级绕组沿其相对运动方向的横截面均为矩形，辅助初级铁心上辅助初级绕组的设置方式与初级铁心1-1上初级绕组1-2的设置方式相同，位于辅助初级铁心气隙侧的辅助初级绕组与相应的初级铁心1-1气隙侧的初级绕组1-2结构呈镜像对称。

本实施方式中，辅助初级铁心与初级铁心1-1均为无槽结构。所述直线电机的结构图与图3和图4所体现的结构相似。本实施方式中辅助初级的设置，除具有实施方式二中辅助初级铁心1-3的功能外，辅助初级的辅助初级绕组的设置，还提高了直线电机的空间利用率，它能够进一步提高电机的输出能力。

具体实施方式四：下面结合图2、图4和图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，本实施方式所述三边结构的次级2为门字形结构；四边结构的次级2为口字形结构。

具体实施方式五：下面结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式所述准正弦绕组直线电机，它包括初级1和次级2，初级1和次级2均为圆筒形，初级1和次级2的相对表面之间形成气隙；初级1包括初级铁心1-1和初级绕组1-2，初级铁心1-1的气隙侧表面为光滑表面；

初级绕组1-2为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心1-1气隙侧表面的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈环形，环绕在初级铁心1-1的气隙侧表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形，在初级铁心1-1的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心1-1的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心1-1上所有绕组线圈连结形成m相绕组。

本实施方式中，电机可以为内初级外次级或者外初级内次级结构，初级绕组1-2相应的设置在初级铁心1-1的气隙侧表面上。

具体实施方式六：本实施方式对实施方式一、二、三、四或五作进一步说明，本实施方式所述初级绕组1-2的相邻绕组线圈之间及绕组线圈与初级铁心1-1之间设置绝缘层。

具体实施方式七：本实施方式对实施方式一、二、三、四、五或六作进一步说明，本实施方式所述直线电机为液体冷却结构，初级铁心1-1内部中心位置处设置冷却管路或其上下表面上设置冷却管路。

具体实施方式八：本实施方式对实施方式一、二、三、四、五、六或七作进一步说明，本实施方式所述绕组线圈预先成型后，再固定在初级铁心1-1的气隙侧表面上。

具体实施方式九：本实施方式对实施方式一、二、三、四、五、六、七或八作进一步说明，本实施方式所述每个横截面为平行四边形的绕组线圈由两个横截面为三角形的线圈串联形成。

具体实施方式十：本实施方式对实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九作进一步说明，本实施方式所述直线电机为直线感应电机、直线永磁同步电机或直线磁阻电机。

Claims (10)

1.一种准正弦绕组直线电机，它包括初级(1)和次级(2)，次级(2)为单边、双边、三边或四边结构，初级(1)和次级(2)的相对表面之间形成气隙；其特征在于，初级(1)包括初级铁心(1-1)和初级绕组(1-2)，初级铁心(1-1)沿相对运动方向的横截面为矩形，初级铁心(1-1)的气隙侧表面为光滑平面；

初级绕组(1-2)为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心(1-1)的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈矩形，环绕在初级铁心(1-1)的外表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形且不是矩形，在初级铁心(1-1)的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心(1-1)的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心(1-1)上所有绕组线圈连结形成m相绕组。

2.根据权利要求1所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，次级(2)为双边、三边或四边结构，初级(1)还包括两个辅助初级铁心(1-3)，两个辅助初级铁心(1-3)镜像对称设置于初级铁心(1-1)的两侧，与初级铁心(1-1)并行放置，次级(2)的两个对称的次级边分别位于初级铁心(1-1)与相应的辅助初级铁心(1-3)之间，初级铁心(1-1)与次级(2)之间及辅助初级铁心(1-3)与次级(2)之间分别形成气隙，辅助初级铁心(1-3)沿相对运动方向的横截面为矩形。

3.根据权利要求1所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，次级(2)为双边、三边或四边结构，所述直线电机还包括两个辅助初级，两个辅助初级镜像对称设置于初级铁心(1-1)的两侧，与初级铁心(1-1)并行放置，次级(2)的两个对称的次级边分别位于初级铁心(1-1)和相应的辅助初级之间，初级铁心(1-1)与次级(2)及次级(2)与辅助初级之间分别形成气隙；辅助初级包括辅助初级铁心和辅助初级绕组，辅助初级铁心和辅助初级绕组沿其相对运动方向的横截面均为矩形，辅助初级铁心上辅助初级绕组的设置方式与初级铁心(1-1)上初级绕组(1-2)的设置方式相同，位于辅助初级铁心气隙侧的辅助初级绕组与相应的初级铁心(1-1)气隙侧的初级绕组(1-2)结构呈镜像对称。

4.根据权利要求1、2或3所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，三边结构的次级(2)为门字形结构；四边结构的次级(2)为口字形结构。

5.一种准正弦绕组直线电机，它包括初级(1)和次级(2)，初级(1)和次级(2)均为圆筒形，初级(1)和次级(2)的相对表面之间形成气隙；其特征在于，初级(1)包括初级铁心(1-1)和初级绕组(1-2)，初级铁心(1-1)的气隙侧表面为光滑表面；初级绕组(1-2)为m相绕组，m为电机的相数；初级铁心(1-1)气隙侧表面的每一个极距范围内，m个绕组线圈沿其相对运动方向依次紧密排列，每个绕组线圈呈环形，环绕在初级铁心(1-1)的气隙侧表面，每个绕组线圈沿其环绕方向的横截面为平行四边形且不是矩形，在初级铁心(1-1)的气隙侧形成准正弦结构；初级铁心(1-1)的每一个极距范围内的m个绕组线圈的排列方式相同，初级铁心(1-1)上所有绕组线圈连结形成m相绕组。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，初级绕组(1-2)的相邻绕组线圈之间及绕组线圈与初级铁心(1-1)之间设置绝缘层。

7.根据权利要求1、2、3或5所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，所述直线电机为液体冷却结构，初级铁心(1-1)内部中心位置处设置冷却管路或其上下表面上设置冷却管路。

8.根据权利要求1、2、3或5所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，所述绕组线圈预先成型后，再固定在初级铁心(1-1)的气隙侧表面上。

9.根据权利要求1、2、3或5所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，每个横截面为平行四边形的绕组线圈由两个横截面为三角形的线圈串联形成。

10.根据权利要求1、2、3或5所述的准正弦绕组直线电机，其特征在于，所述直线电机为直线感应电机、直线永磁同步电机或直线磁阻电机。