[發(fā)明專利]一種分數(shù)極兩相游標永磁直線電機

有效

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• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110855119B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李大偉;李睿;曲榮海;石超杰;周游
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03;H02K1/16;H02K3/12;H02K1/27
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種分數(shù)極兩相游標永磁直線電機，包括：電樞繞組、初級鐵心軛部、初級鐵心齒部、永磁磁極和次級鐵心；永磁磁極陣列均勻分布在次級鐵心上，且相鄰永磁磁極極性相反；電樞繞組、初級鐵心軛部和初級鐵心齒部組成電機初級；永磁磁極和次級鐵心組成電機次級；直線電機初級與次級之間存在氣隙，兩者可以相互移動。本發(fā)明取消了傳統(tǒng)游標永磁直線電機中有效永磁磁極數(shù)為偶數(shù)的約束，提出了分數(shù)極概念，使永磁直線電機有效磁極數(shù)可以為分數(shù)，擴充了可能的極槽配合方案，提高了直線電機設(shè)計自由度。本發(fā)明在保持游標永磁直線電機的高推力密度特性的同時，降低了水平推力波動和縱向磁拉力波動，有助于提高電機的控制精度和響應(yīng)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁電機技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種分數(shù)極兩相游標永磁直線電機。

背景技術(shù)

相較于旋轉(zhuǎn)電機加滾珠絲杠形成直線運動的方案，采用直線電機直接產(chǎn)生直線運動的方案擁有更簡單的結(jié)構(gòu)、更高的效率和更好的穩(wěn)定性。因而直線電機越來越受到需要直線運動的工業(yè)領(lǐng)域的青睞。直線電機分為直線感應(yīng)電機和直線永磁電機兩類。與直線感應(yīng)電機相比，直線永磁電機具有更好的推力密度，功率因數(shù)和效率性能。而在眾多直線電機拓撲中，采用了永磁體和游標電機原理的游標永磁直線電機兼具永磁電機結(jié)構(gòu)簡單、效率高的特點和游標電機低速大轉(zhuǎn)矩的特點，因此近年來倍受關(guān)注。

如圖1所示，直線電機的極槽配合通常由一個等效的旋轉(zhuǎn)電機設(shè)計。在旋轉(zhuǎn)電機中，由于0電角度和360電角度的機械位置是重合的，電機的永磁磁極數(shù)必須是偶數(shù)，這樣電機的電角度才會在機械圓周上周期性地變化。因為直線電機來自于等效的旋轉(zhuǎn)電機，所以在直線電機的設(shè)計中往往遵循同樣的約束(即電機永磁磁極數(shù)為偶數(shù))，這實際上是一個冗余的約束。同時，傳統(tǒng)游標永磁直線電機的整數(shù)極的極槽配合設(shè)計也存在電機端部很長的問題。在直線電機中，由于0電角度和360電角度的機械位置不重合，動子有效長度內(nèi)永磁磁極可以選擇為分數(shù)。在不受偶極數(shù)約束的情況下，直線永磁電機將有更多新的極槽配合可供選擇。

直線永磁游標電機在運行時，永磁磁極與直線電機初級之間會產(chǎn)生縱向磁拉力；同時，受傳統(tǒng)永磁直線電機固有的邊端效應(yīng)的影響，會使其運行過程中的電磁推力和縱向磁拉力存在較大的波動。波動的縱向磁拉力不僅會增大電機導(dǎo)軌和系統(tǒng)支撐部件的變形風(fēng)險，還給系統(tǒng)引入一個變化的阻力，增加電機的控制難度，降低系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種分數(shù)極兩相游標永磁直線電機，旨在取消游標永磁直線電機有效范圍內(nèi)磁極個數(shù)為偶數(shù)這一約束，增加游標永磁直線電機設(shè)計自由度。

本發(fā)明提供了一種分數(shù)極兩相游標永磁直線電機，包括：電樞繞組，初級鐵心軛部，初級鐵心齒部，永磁磁極和次級鐵心；電樞繞組環(huán)繞于所述初級鐵心齒部；初級鐵心軛部和初級鐵心齒部構(gòu)成電機初級鐵心；多個相同大小的永磁磁極沿電機初級運動方向均勻分布在所述次級鐵心上，形成永磁體陣列，且相鄰永磁磁極極性相反。

更進一步地，直線電機初級對應(yīng)的有效永磁磁極數(shù)2P_f不為整數(shù)；電機初級與電機次級之間存在氣隙且可以相互移動。

更進一步地，電機有效永磁磁極數(shù)2P_f、初級鐵心槽數(shù)Z_s與電樞繞組極對數(shù)P_a滿足磁場調(diào)制原理：P_a＝|P_f±Z_s|。

更進一步地，游標永磁直線電機的電樞繞組極對數(shù)P_a、初級鐵心槽數(shù)Z_s、與繞組相數(shù)m滿足關(guān)系：其中k為任意整數(shù)，Q為使P_a·Q為整數(shù)的最小整數(shù)，GCD為取最大公約數(shù)運算。

更進一步地，根據(jù)槽號星形圖確定電機的極槽配合。