[实用新型]梯形线圈型永磁无铁直线电机

说明书

技术领域

本实用新型是一种可以应用于高精度伺服领域的永磁无铁直线电机，特别涉及一种采用梯形线圈的永磁无铁直线电机。

背景技术

直线电机直接驱动不存在传动机构的齿隙、不确定的滚珠运动、粉尘、润滑等影响定位精度的难题，不存在传动机构的附加质量，响应更快。和旋转电机类似，直线电机主要分为变磁阻型、永磁同步型、感应型3大类，其中永磁同步型在结构设计和控制精度等方面具有明显优势。本发明涉及的永磁无铁直线电机指的是具有以下特点的永磁同步型直线电机：永磁阵列无背铁，绕组芯采用非铁磁材料制成。永磁无铁直线电机虽然出力密度比有铁电机要低，但完全消除了永磁体对定子铁芯的磁吸力和齿槽力，从而进一步提高了高精度定位能力，其定位精度和重复定位精度可达到亚微米级，甚至纳米级，在半导体加工产业等超高精度伺服领域中具有广阔的应用前景。

根据麦克斯韦应力张量法可知：在无铁直线电机中，只有当永磁阵列和绕组磁场的第n次谐波分量都存在时，力的n次谐波分量才存在，且力的该次分量的幅值与磁场的该次分量的幅值成正比。可知，如果想要消除高次脉动力，则应该尽可能消除永磁阵列和绕组产生的磁场的高次谐波分量。

海尔贝克永磁阵列的磁场呈现单边性，可在没有背铁的情况下产生较大的磁场，而且其强侧的磁场具有优良的正弦性能，只含有基波、5次、9次等谐波分量，以上特点使得海尔贝克永磁阵列被广泛应用于无铁直线电机领域。现有的海尔贝克永磁无铁直线电机多采用薄层线圈构成的绕组，薄层线圈元件边的截面为矩形(在旋转电机中，元件边指的是线圈安放在槽中的部分；在无铁直线电机中，元件边指的是线圈产生有效电磁力的部分)，具有容易使用模具加工和安装简单的特点，这种线圈产生的磁场包含基波、5次、9次等谐波分量。综上所述，如果采用海尔贝克永磁阵列和薄层线圈结构，则该无铁直线电机含有5次、9次等脉动力分量。

发明内容

技术问题：本实用新型提供一种采用梯形线圈和海尔贝克永磁阵列的无铁直线电机，该直线电机具有高次脉动力极小的特点。

技术方案：本实用新型的梯形线圈型永磁无铁直线电机包括定子基体、定子绕组、动子基体、海尔贝克永磁阵列。动子位于定子正上方并留有气隙，在定子基体上缠绕有定子绕组，定子绕组由梯形线圈互连构成，梯形线圈是两条元件边的截面均为梯形的线圈，在动子基体下表面安装海尔贝克永磁阵列，定子基体和动子基体由铝合金材料制成。

所述的定子基体在一个周期内从左至右分别由第一线圈芯、第二线圈芯、第三线圈芯、第四线圈芯组成；定子绕组在一个周期内由第一梯形线圈～第八梯形线圈构成，其中，第一梯形线圈套装在第一线圈芯的上下两侧，第二梯形线圈套装在第二线圈芯的左右两侧，第三梯形线圈套装在第三线圈芯的上下两侧，第四梯形线圈套装在第四线圈芯的左右两侧，第五梯形线圈套装在第一线圈芯的左右两侧，第六梯形线圈套装在第二线圈芯的上下两侧，第七梯形线圈套装在第三线圈芯的左右两侧，第八梯形线圈套装在第四线圈芯的上下两侧；第一梯形线圈、第二梯形线圈、第三梯形线圈、第四梯形线圈互连构成A相定子绕组，其中第一梯形线圈的上侧元件边与第二梯形线圈的右侧元件边互连，第二梯形线圈的左侧元件边与第三梯形线圈的上侧元件边互连，第三梯形线圈的下侧元件边与第四梯形线圈的左侧元件边互连，第四梯形线圈的右侧元件边与下一周期的第一梯形线圈的下侧元件边互连；第五梯形线圈、第六梯形线圈、第七梯形线圈、第八梯形线圈互连构成B相定子绕组，其中第五梯形线圈的右侧元件边与第六梯形线圈的下侧元件边互连，第六梯形线圈的上侧元件边与第七梯形线圈的右侧元件边互连，第七梯形线圈的左侧元件边与第八梯形线圈的上侧元件边互连，第八梯形线圈的下侧元件边与下一周期的第五梯形线圈的左侧元件边互连。A相定子绕组所通电流相位超前B相定子绕组所通电流90度，用于形成定子行波磁场。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

根据麦克斯韦应力张量法可知：在无铁直线电机中，只有当永磁阵列和绕组磁场的第n次谐波分量都存在时，力的n次谐波分量才存在，且力的该次分量的幅值与磁场的该次分量的幅值成正比。可知，如果想要消除高次脉动力，则应该尽可能消除永磁阵列和绕组产生的磁场的高次谐波分量。现有的海尔贝克永磁无铁直线电机多采用薄层线圈构成的绕组，其中，海尔贝克永磁阵列的强侧磁场含有基波、5次、9次等谐波分量，薄层线圈元件边的截面为矩形，这种线圈产生的磁场包含基波、5次、9次等谐波分量。可见，如果无铁直线电机采用海尔贝克永磁阵列和薄层线圈结构，则该电机含有5次、9次等脉动力分量。