[發(fā)明專利]有取向硅鋼片近極槽永磁直線電機(jī)設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107994753A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董婷;彭兵;井永騰;張愿;白焱升
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;H02K1/06
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙)21115
• 代理人: 周智博,宋鐵軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有取向硅鋼片分級疊壓永磁直線電機(jī)。

背景技術(shù)

近極槽永磁直線電機(jī)具有高推力、低損耗、電氣時間常數(shù)小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在高精高速數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等直接驅(qū)動領(lǐng)域。直接驅(qū)動直線電機(jī)自身實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，因此，具有降低運(yùn)行噪聲、運(yùn)行無限制、安裝方便、無接觸、無磨損、維護(hù)簡單等優(yōu)勢，在精度、剛度、工作壽命等其他性能指標(biāo)上都優(yōu)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾軸絲杠模式。在直接驅(qū)動領(lǐng)域的應(yīng)用中，推力密度是直線電機(jī)的首要指標(biāo)，如何提高直線電機(jī)的推力密度是近年來廣大直線電機(jī)研究學(xué)者的研究熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對近極槽永磁直線電機(jī)磁路特征，將有取向硅鋼片的軋制方向與電機(jī)的磁路方向設(shè)定一致，并采用齒部和軛部相分離的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一要求。然后，采用分級疊壓的疊片方式實(shí)現(xiàn)齒部和軛部的疊壓和降低電機(jī)振動噪聲的目的。

技術(shù)方案：

有取向硅鋼片分級疊壓永磁直線電機(jī)，包括初級鐵心1、初級繞組線圈2、次級磁極4和次級軛部5；初級繞組線圈2設(shè)置在初級鐵心1的初級齒部6之間；次級磁極4設(shè)置在次級軛部5上，次級磁極4與初級鐵心1之間形成氣隙3。

有取向硅鋼片分級疊壓永磁直線電機(jī)將初級鐵心的齒部和軛部分片設(shè)計，使整個磁路的方向幾乎都經(jīng)過有取向硅鋼片的軋制方向，即分別保證A和B均為有取向硅鋼片的軋制方向，從而實(shí)現(xiàn)軛部磁路方向與有取向硅鋼片的軋制方向一致，齒部磁路方向也與有取向硅鋼片的軋制方向一致。因?yàn)橛腥∠蚬桎撈旨壇B壓永磁直線電機(jī)的磁路特征在于有取向硅鋼片分級疊壓永磁直線電機(jī)的磁路主磁通D從一個次級磁極出發(fā)，穿過氣隙進(jìn)入初級齒部，然后經(jīng)初級軛部繞過初級繞組，再通過兩側(cè)相鄰的齒回到與原磁極相鄰的兩個異向充磁的磁極，所以這樣的分片結(jié)構(gòu)設(shè)計保證了主磁通磁路方向與導(dǎo)磁率高的有取向硅鋼片軋制方向始終保持一致。

另一方面，當(dāng)滿足齒部磁路方向B與有取向硅鋼片軋制方向一致的同時，自然就滿足了保證齒頂漏磁磁路E為垂直于有取向硅鋼片的軋制方向，因?yàn)辇X頂漏磁方向與齒部磁路方向垂直，而有取向硅鋼片的導(dǎo)磁特性是，軋制方向?qū)Т怕矢撸怪庇谲堉品较驅(qū)Т怕实停詫X頂漏磁磁路E為垂直于有取向硅鋼片的軋制方向一致，對電機(jī)的齒頂漏磁起到了抑制作用。

同理可推，初級端部漏磁磁路F的也經(jīng)過垂直于有取向硅鋼片的軋制方向，因此該結(jié)構(gòu)對初級端部漏磁也有一定的抑制作用。

有取向硅鋼片分級疊壓永磁直線電機(jī)，初級鐵心采用分級疊壓方式，傳統(tǒng)的單齒拼裝多采用燕尾槽等模式，振動噪聲較大，而本結(jié)構(gòu)采用分級疊壓方式，一定程度上降低了振動噪聲，分級疊壓模式是兩側(cè)采用與初級鐵心1大小相同的環(huán)氧玻璃布板7配合鉚釘8夾裝而成。采用與初級鐵心1大小相同的環(huán)氧玻璃布板7配合鉚釘8夾裝而成；其安裝方式為將一側(cè)環(huán)氧玻璃布板7放置在最下方，然后按順序依次疊壓，即先將第一級初級軛部9放在夾板上方，將第一級初級軛部9對應(yīng)的第一級初級齒部10的頂部嵌入第一級初級軛部9的槽中，再將第二級初級軛部11放置在9上方，將對應(yīng)的第二級初級齒部12嵌入該第二級初級軛部11的槽中；再將第三級初級軛部13放置在11的上方，將對應(yīng)的第三級初級齒部14嵌入該第三級初級軛部13的槽中；以此方式類推，依次循環(huán)疊壓，最后將另一側(cè)環(huán)氧玻璃布板制成的夾板7蓋在最上方，利用鉚釘8將初級鐵心形成整體。

有取向硅鋼片分級疊壓永磁直線電機(jī)，充分發(fā)揮有取向硅鋼片磁路特性，但在電磁參數(shù)選擇上也有需要特別注意的問題。分述如下：

1、有取向硅鋼片直線電機(jī)感應(yīng)電動勢常數(shù)要高于無取向硅鋼片直線電機(jī)，常規(guī)應(yīng)用的直線電機(jī)，需要注意感應(yīng)電動勢和端電壓的校驗(yàn)，如果按照無取向硅鋼片電機(jī)感應(yīng)電動勢常數(shù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)計，會使感應(yīng)電動勢高于端電壓，而在實(shí)際應(yīng)用中，這是無法實(shí)現(xiàn)的，所以因?yàn)楦袘?yīng)電動勢設(shè)計的不合理，在端電壓的限制下，有取向直線電機(jī)的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。用于伺服驅(qū)動的直線電機(jī)，要注意感應(yīng)電動勢與端電壓裕量的設(shè)計，如果按照無取向硅鋼片電機(jī)感應(yīng)電動勢常數(shù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)計，可能會導(dǎo)致感應(yīng)電動勢和端電壓過于接近，而無法實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動電機(jī)的快速響應(yīng)能力。

2、有取向硅鋼片近極槽永磁直線電機(jī)設(shè)計時空載齒部磁密要與有取向硅鋼片的膝點(diǎn)接近，常用有取向硅鋼片一般在1.8T～1.9T左右，具體數(shù)值要參照硅鋼片的型號確定。

3、采用有取向硅鋼片作為近極槽永磁直線電機(jī)初級材料，永磁體厚度對推力密度的影響不夠明顯。因此需要通過仿真結(jié)果，優(yōu)化永磁體磁極高度，從而有效地控制電機(jī)成本。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：