双初级共平面多相直线永磁同步电机

摘要

双初级共平面多相直线永磁同步电机，属于电机技术领域，本发明为解决现有双边次级无铁心结构直线永磁同步电机存在输出大推力时次级结构变形大、动子稳定性差、推力密度低、动态响应差的问题。包括两个初级、一个次级、动子支撑机构和机座；初级包括初级绕组和设置初级绕组的初级基板；次级包括上次级、下次级和中间支撑板；两个初级绕组分别布置在初级基板的左右两侧，两个初级绕组对应串联，并且，沿运动方向，对应相绕组之间具有相位差。次级为双边结构，布置在初级两侧，初级与次级之间为两个气隙。本发明用于直线永磁同步电机。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双初级共平面多相直线永磁同步电机，属于电机技术领域。

背景技术

图1-图3是传统的双边次级无铁心结构直线永磁同步电机的结构示意图，该电机的次级由轭板和平板形永磁体构成，永磁体沿横向平行充磁，永磁体沿运动方向N、S相间依次排列固定在次级轭板气隙侧，双边次级左右两侧对应永磁体的充磁方向相同，初级位于两个次级之间。永磁体产生磁力线的法向分量垂直穿过初级，初级绕组的电流与次级永磁体磁场相互作用，产生电磁力，推动动子作直线运动。该结构直线电机具有推力线性度高、过载能力强、动态响应快、运行噪声低等特点。

但是，当把该电机用于高速、大推力驱动控制系统时，该结构直线电机存在输出大推力时次级结构变形大、动子稳定性差、推力密度低、动态响应差等缺点。

发明内容

本发明目的是为了解决现有双边次级无铁心结构直线永磁同步电机存在输出大推力时次级结构变形大、动子稳定性差、推力密度低、动态响应差的问题，提供了双初级共平面多相直线永磁同步电机。

本发明所述双初级共平面多相直线永磁同步电机，它包括两个初级、一个次级、动子支撑机构和机座；

初级包括初级绕组和设置初级绕组的初级基板；

次级包括上次级、下次级和中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

下次级包括下次级轭板和下永磁体，下永磁体固定在下次级轭板的上侧；

上永磁体和下永磁体均包括左右对称设置的两个阵列的永磁体，每个阵列的永磁体沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级和下次级平行设置，通过垂直设置的中间支撑板连接；中间支撑板的两端分别与上次级轭板和下次级轭板连接；中间支撑板位于上永磁体和下永磁体的左右两个阵列之间；

上次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，且分别位于中间支撑板的两侧，初级与上次级之间为上气隙，初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

动子支撑机构包括滑块或导轨；

当电机为动次级结构时，滑块安装在次级的下侧，导轨安装在机座上，两个初级也安装在机座上，两个初级上的初级绕组串联或并联；

当电机为动初级结构时，滑块安装在初级的下次，导轨安装在机座上，次级也安装在机座上，两个初级通过负载连接板连接，两个初级上的初级绕组串联或并联。

本发明所述另一种双初级共平面多相直线永磁同步电机，它包括两个初级、一个次级、动子支撑机构和机座；

初级包括初级绕组和设置初级绕组的初级基板，两个初级的初级基板连接；

次级包括上次级、下次级和中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

下次级包括对称设置的下左次级和下右次级；

下左次级包括下次级左轭板和下左永磁体，下左永磁体固定在下次级左轭板的上侧；

下右次级包括下次级右轭板和下右永磁体，下右永磁体固定在下次级右轭板的上侧；

上永磁体、下左永磁体和下右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

中间支撑板包括中间左支撑板和中间右支撑板，

上次级和下次级平行设置，上次级和下左次级的左侧通过中间左支撑板连接，中间左支撑板的两端分别与上次级轭板和下次级左轭板连接，上次级和下右次级的右侧通过中间右支撑板连接，中间右支撑板的两端分别与上次级轭板和下次级右轭板连接，下次级左轭板和下次级右轭板的横向长度之和小于上次级轭板的横向长度；

上次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，且分别位于中间支撑板的两侧，初级与上次级之间为上气隙，初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

动子支撑机构包括滑块或导轨；

当电机为动次级结构时，滑块安装在次级的左右两侧，导轨安装在机座上，两个初级通过转接板，穿过下次级左轭板和下次级右轭板之间的空间，然后安装在机座上，两个初级上的初级绕组串联或并联；

当电机为动初级结构时，上次级和下次级交换位置，两个初级通过转接板，穿过交换位置后的下次级左轭板和下次级右轭板之间的空间，然后安装在负载连接板上，滑块安装在负载连接板的左右两侧，导轨安装在机座上，次级也安装在机座上，两个初级上的初级绕组串联或并联。

本发明提出的双初级共平面多相直线永磁同步电机，通过采用双初级共平面结构，气隙所在平面与运动方向平行，使两个初级绕组电流与次级磁场相互作用，产生对称、平衡的电磁推进力，动子的质心低、稳定性好；次级结构强度高、变形小；动子支撑结构简单、成本低、可靠性高；输出推力大，动子质量轻、加速度大、推力密度高。在高速、大推力直线推进系统中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是传统的双边次级无铁心结构直线永磁同步电机的初级结构示意图；

图2是图1的双边次级无铁心结构直线永磁同步电机的次级结构示意图；

图3是图1的双边次级无铁心结构直线永磁同步电机的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式一的第一种双初级共平面多相直线永磁同步电机的结构示意图，其中a表示初级，b表示次级；

图5是图4的次级结构示意图；

图6是图4的永磁体结构细节图；

图7是本发明具体实施方式二的第二种双初级共平面多相直线永磁同步电机的结构示意图，其中a表示初级，b表示次级；

图8是图7的次级结构示意图；

图9是图7的永磁体结构细节图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图4-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种双初级共平面多相直线永磁同步电机，它包括两个初级、一个次级、动子支撑机构和机座；

初级包括初级绕组和设置初级绕组的初级基板；

次级包括上次级、下次级和中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

下次级包括下次级轭板和下永磁体，下永磁体固定在下次级轭板的上侧；

上永磁体和下永磁体均包括左右对称设置的两个阵列的永磁体，每个阵列的永磁体沿运动方向以N、S依次交替排列；

上次级和下次级平行设置，通过垂直设置的中间支撑板连接；中间支撑板的两端分别与上次级轭板和下次级轭板连接；中间支撑板位于上永磁体和下永磁体的左右两个阵列之间；

上次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，且分别位于中间支撑板的两侧，初级与上次级之间为上气隙，初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

动子支撑机构包括滑块或导轨；

当电机为动次级结构时，滑块安装在次级的下侧，导轨安装在机座上，两个初级也安装在机座上，两个初级上的初级绕组串联或并联；

当电机为动初级结构时，滑块安装在初级的下次，导轨安装在机座上，次级也安装在机座上，两个初级通过负载连接板连接，两个初级上的初级绕组串联或并联。

进一步的，所述动子支撑机构为机械支撑结构、气浮支撑结构或磁悬浮支撑结构。

再进一步的，所述滑块可采用滚轮。

再进一步的，所述初级绕组采用分数槽集中绕组或整数槽绕组；还可采用单层绕组或双层绕组。

再进一步的，当初级绕组采用分数槽集中绕组时，线圈分为两层，对称布置在初级基板的上下两侧，初级基板上下两侧对应位置的线圈属于同一相，且初级基板上下两侧对应位置的线圈并联或串联。

本实施方式中，当初级基板上下两侧对应位置的线圈并联时利用零磁通效应进行防偏。

再进一步的，所述次级采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。

再进一步的，所述初级绕组的相数大于等于3。

再进一步的，初级为液体冷却结构，初级基板上布置有冷却液体流道。

再进一步的，所述初级基板采用非磁性高强度材料制成，初级采用环氧树脂灌封。

具体实施方式二：下面结合图7-图9说明本实施方式，本实施方式所述另一种双初级共平面多相直线永磁同步电机，它包括两个初级、一个次级、动子支撑机构和机座；

初级包括初级绕组和设置初级绕组的初级基板，两个初级的初级基板连接；

次级包括上次级、下次级和中间支撑板；

上次级包括上次级轭板和上永磁体，上永磁体固定在上次级轭板的下侧；

下次级包括对称设置的下左次级和下右次级；

下左次级包括下次级左轭板和下左永磁体，下左永磁体固定在下次级左轭板的上侧；

下右次级包括下次级右轭板和下右永磁体，下右永磁体固定在下次级右轭板的上侧；

上永磁体、下左永磁体和下右永磁体均为沿运动方向以N、S依次交替排列；

中间支撑板包括中间左支撑板和中间右支撑板，

上次级和下次级平行设置，上次级和下左次级的左侧通过中间左支撑板连接，中间左支撑板的两端分别与上次级轭板和下次级左轭板连接，上次级和下右次级的右侧通过中间右支撑板连接，中间右支撑板的两端分别与上次级轭板和下次级右轭板连接，下次级左轭板和下次级右轭板的横向长度之和小于上次级轭板的横向长度；

上次级和下次级对应位置永磁体的充磁方向相同，形成串联磁路；

两个初级均设置在上次级和下次级之间，且分别位于中间支撑板的两侧，初级与上次级之间为上气隙，初级与下次级之间为下气隙，上气隙和下气隙所在平面与运动方向平行；

动子支撑机构包括滑块或导轨；

当电机为动次级结构时，滑块安装在次级的左右两侧，导轨安装在机座上，两个初级通过转接板，穿过下次级左轭板和下次级右轭板之间的空间，然后安装在机座上，两个初级上的初级绕组串联或并联；

当电机为动初级结构时，上次级和下次级交换位置，两个初级通过转接板，穿过交换位置后的下次级左轭板和下次级右轭板之间的空间，然后安装在负载连接板上，滑块安装在负载连接板的左右两侧，导轨安装在机座上，次级也安装在机座上，两个初级上的初级绕组串联或并联。

进一步的，所述动子支撑机构为机械支撑结构、气浮支撑结构或磁悬浮支撑结构。

再进一步的，所述滑块可采用滚轮。

再进一步的，所述初级绕组采用分数槽集中绕组或整数槽绕组；还可采用单层绕组或双层绕组。

再进一步的，当初级绕组采用分数槽集中绕组时，线圈分为两层，对称布置在初级基板的上下两侧，初级基板上下两侧对应位置的线圈属于同一相，且初级基板上下两侧对应位置的线圈并联或串联。

本实施方式中，当初级基板上下两侧对应位置的线圈并联时利用零磁通效应进行防偏。

再进一步的，所述次级采用表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构。

再进一步的，所述初级绕组的相数大于等于3。

再进一步的，初级为液体冷却结构，初级基板上布置有冷却液体流道。

再进一步的，所述初级基板采用非磁性高强度材料制成，初级采用环氧树脂灌封。

本发明中，中间支撑板与上轭板或下轭板为一体式结构。

本发明中，该电机为多初级、多次级结构，所有初级并联在一起，所有次级并联在一起。

本发明提出的双初级共平面多相直线永磁同步电机，主要由初级、次级和动子支撑机构构成。初级主要由两套初级绕组和初级基板构成，两套初级绕组为分数槽集中绕组，分别布置在初级基板的左右两侧，两套绕组对应相串联，并且，沿运动方向，对应相绕组之间具有相位差。次级为双边结构，布置在初级两侧，初级与次级之间为两个气隙。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。