[發(fā)明專利]初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110400542.4
• 申請(qǐng)日: 2011-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN102545537A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寇寶泉;李春艷;張子?jì)?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K41/03
• 分類號(hào): H02K41/03;H02K1/27;H02K1/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

圖18為目前現(xiàn)有的U形次級(jí)、初級(jí)無鐵心直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。該類型直線電機(jī)的初級(jí)上沒有鐵磁材料，次級(jí)產(chǎn)生的磁場穿過初級(jí)，初級(jí)繞組電流與氣隙磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子做直線運(yùn)動(dòng)。

同有鐵心直線電機(jī)相比，無鐵心直線電機(jī)具有如下特點(diǎn)：(1)零齒槽效應(yīng)，即無齒槽效應(yīng)引起的定位力；(2)初級(jí)與次級(jí)之間沒有磁吸力；(3)速度范圍寬，通?？蓪?shí)現(xiàn)超過5m/s或低于1μm/s的運(yùn)行速度；(4)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能高，由于僅受動(dòng)子支撐裝置的限制，所以輕載情況下很容易得到超過10g的加速度；(5)運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高。由于消除了齒槽效應(yīng)，因此推力波動(dòng)和速度波動(dòng)低，定位精度也僅受回饋組件分辨率的限制，通?？梢赃_(dá)到μm以下的定位精度。因此，無鐵心直線電機(jī)尤其適用于半導(dǎo)體光刻、PC板檢查和鉆孔、芯片處理加工、離子注入、電子裝配及坐標(biāo)測量等精密伺服領(lǐng)域。

但是，無鐵心直線電機(jī)也存在如下缺點(diǎn)：繞組電感小，電流尖峰大，精確控制電流難度大；散熱條件差，連續(xù)推力密度低；初級(jí)支撐難度大，不容易實(shí)現(xiàn)大推力；加工難度大、永磁體用量多、成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有無鐵心直線電機(jī)存在的繞組電感小，電流尖峰大，精確控制電流難度大；散熱條件差，連續(xù)推力密度低；初級(jí)支撐難度大，不容易實(shí)現(xiàn)大推力；加工難度大、永磁體用量多、成本高的問題。

本發(fā)明所述的初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)包括初級(jí)、次級(jí)和氣隙，初級(jí)包括初級(jí)鐵心和初級(jí)繞組，電樞繞組為集中繞組，構(gòu)成繞組的每個(gè)線圈為先成型的線圈，所有線圈沿運(yùn)動(dòng)方向均勻分布在初級(jí)鐵心的氣隙側(cè)表面，每個(gè)線圈的中間均有一個(gè)線圈定位齒，所述線圈定位齒固定在初級(jí)鐵心上或與初級(jí)鐵心為一體結(jié)構(gòu)，所述線圈定位齒的齒頂?shù)慕孛媸窍驓庀秱?cè)凸起的圓弧，所述截面是指沿與運(yùn)動(dòng)方向相平行的平面所作的截面，每個(gè)線圈的沿運(yùn)動(dòng)方向的兩個(gè)內(nèi)側(cè)壁與其內(nèi)側(cè)的線圈定位齒的外側(cè)壁緊密接觸，線圈定位齒的高度為線圈厚度的20％～80％，所述厚度是指線圈沿垂直于氣隙側(cè)表面的高度。

本發(fā)明還提供另一種初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)，該種直線同步電機(jī)包括初級(jí)、次級(jí)和氣隙，初級(jí)包括初級(jí)鐵心和初級(jí)繞組，電樞繞組為集中繞組，構(gòu)成繞組的每個(gè)線圈為先成型的線圈，所有線圈沿運(yùn)動(dòng)方向均勻分布在初級(jí)鐵心的氣隙側(cè)表面，每個(gè)線圈內(nèi)均設(shè)置有兩個(gè)線圈定位齒，所述兩個(gè)線圈定位齒沿運(yùn)動(dòng)方向排列，每個(gè)線圈定位齒與線圈內(nèi)側(cè)壁相鄰的側(cè)壁與線圈緊密接觸，所述線圈定位齒固定在初級(jí)鐵心上或與初級(jí)鐵心組成一體結(jié)構(gòu)，所述線圈定位齒的齒頂?shù)慕孛媸窍驓庀秱?cè)凸起的圓弧形，所述截面是指沿與運(yùn)動(dòng)方向相平行的平面所作的截面；線圈定位齒的高度為線圈厚度的20％～80％，所述厚度是指線圈沿垂直于氣隙側(cè)表面的高度。

本發(fā)明所述的初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)，還可以是在上述兩種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，增加多個(gè)線圈間隔齒，相鄰兩個(gè)線圈之間均設(shè)置有一個(gè)線圈間隔齒，所述線圈間隔齒固定在初級(jí)鐵心上或與初級(jí)鐵心為一體結(jié)構(gòu)，所述線圈間隔齒的齒頂?shù)臋M截面為向氣隙側(cè)凸起的圓弧，所述橫截面是指沿與運(yùn)動(dòng)方向平行的平面所作的截面，每個(gè)線圈間隔齒與其相鄰的兩個(gè)線圈緊密接觸；線圈間隔齒的高度為線圈厚度的20％～80％。

所述的線圈間隔齒為橫向整齒結(jié)構(gòu)或者為橫向分段結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)，還可以是在上述兩種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，在每相鄰兩個(gè)線圈之間的鐵心氣隙側(cè)均開有一個(gè)線圈間隔槽，所述線圈間隔槽的沿電機(jī)橫向的長度d4大于或等于定位齒的長度d2、并小于定位齒的長度d2與一個(gè)線圈端部的寬度d1之和，所述線圈間隔槽沿運(yùn)動(dòng)方向的長度小于或等于相鄰兩個(gè)線圈的相鄰邊之間的距離。

本發(fā)明所述的初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)的次級(jí)為表面永磁體結(jié)構(gòu)、內(nèi)嵌永磁體結(jié)構(gòu)或Halbach永磁體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的初級(jí)短齒槽結(jié)構(gòu)直線同步電機(jī)既可以是平板電機(jī)還可以是圓筒電機(jī)。

本發(fā)明通過采用特殊的初級(jí)鐵心結(jié)構(gòu)，既可以有效地抑制電機(jī)定位力，又能夠提高電機(jī)推力密度、增加繞組電感、減小電機(jī)損耗、提高電機(jī)散熱能力與可靠性，同時(shí)，還可以改善電機(jī)制造工藝、提高電機(jī)加工精度、降低電機(jī)成本。

附圖說明