[发明专利]无铁芯圆筒型永磁同步直线电机

说明书

本发明涉及一种无铁芯圆筒型永磁同步直线电机，该电机由定子、动子组成，定子中芯棒上间隔套设有轴向充磁磁环和径向充磁磁环，磁环由钕铁硼永磁材料制作，相邻磁环单元的充磁角度依次改变90度，且磁环单元结构带有一定弧度；动子中电枢绕组是双层结构，其由三相饼状无铁芯双层线圈组成。本发明中磁环的形状为鼓状，所产生的气隙磁场可以得到均化作用，进而抑制气隙磁场高次谐波的含量和幅值，能够有效提高无铁芯圆筒型永磁同步直线电机气隙磁场的幅值与正弦型，对电机的定位精度有显著改善；其次采用双层绕组，可以提高绕组系数，能够有效克服现有无铁芯圆筒型永磁同步直线电机推力小的缺点，提高了电机的平均推力密度。

技术领域

本发明属于机电工程技术领域，涉及一种无铁芯圆筒型永磁同步直线电机。

背景技术

永磁同步直线电机具有快响应、高加速度、以及高定位精度等优点，在精密定位系统中被广泛的应用。永磁同步直线电机可分为有铁芯永磁同步直线电机与无铁芯永磁同步直线电机，有铁芯永磁同步直线电机因齿槽效应的存在使得电机在运行过程中会产生齿槽力，齿槽力会对电机驱动下的运动平台定位产生不良影响即会出现推力波动。在精密定位中希望齿槽力越小越好，而无铁芯永磁同步直线电机可以克服齿槽力的缺点，故常采用无铁芯永磁同步直线电机作为精密定位系统的驱动。平板型永磁同步直线电机由于其端部效应的不良影响也会使直线电机在定位过程中产生推力波动，不利于其精密定位的要求，而圆筒型永磁同步直线电机可以克服端部效应对电机运行产生的影响。无铁芯永磁同步直线电机由于没有绕组铁芯的聚磁作用，导致气隙磁场强度较弱，其平均推力密度比相同有铁芯永磁同步直线电机要小，在实际的高推力应用中会带来不便。故需要克服现有无铁芯圆筒型永磁同步直线电机推力波动及平均推力密度小的缺点。

针对推力波动问题，国内外研究学者从本体结构出发做了大量的工作。主要对电机拓扑结构进行优化，如采用斜槽、斜极等方法削弱电机的齿槽效应，降低推力波动。然而，斜槽、斜极等方法主要削弱由齿槽效应引起的推力波动，对电机气隙磁通密度的波形改善不大。针对平均推力密度小的问题，国内外研究学者从改变线圈绕组的结构出发做了大量工作，主要有采用分布式绕组来代替集中式绕组以提升绕组系数，间接提升电机的平均推力密度。此方法虽能大幅提高线圈的绕组系数，但是其线圈端部互相重叠，占用了更大的空间。复杂的分布式绕组结构不便于线圈的绕制和初级的生产与安装。

发明内容

本发明的目的是提供一种无铁芯圆筒型永磁同步直线电机，以克服现有永磁同步直线电机推力波动大及平均推力密度小的问题。

为了达到本发明的目的，本发明采用的技术方案是：一种无铁芯圆筒型永磁同步直线电机，包括定子和动子，所述定子与所述动子同轴设置，所述定子上包括芯棒，其特征在于：所述芯棒上套设有多个鼓状的磁环，所述磁环分为径向充磁磁环和轴向充磁磁环两种，相间排列且磁环的充磁角度依次改变90度；

所述动子包括电枢绕组，所述电枢绕组由三相饼状无铁芯线圈组成，所述三相饼状无铁芯线圈紧密排列组成双层形式，外层绕组与内层绕组之间紧密相连不留空隙，所述外层线圈与所述内层线圈排列为同轴线且任一单层绕组是集中绕组。

上述磁环的中间直径比两端直径大0.5～1mm，中间直径为10～12mm。

上述定子上径向充磁磁环和轴向充磁磁环轴向总长度大于所述电机动子上电枢绕组的轴向长度。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明无铁芯圆筒型永磁同步直线电机将磁环的轴向外表面设计为弧形，通过弧形结构的设计使得其在气隙空间中产生的磁场分布得到均化，气隙磁场谐波得到有效抑制，气隙磁场分布更加趋于正弦性，可以有效减小推力波动对无铁芯圆筒型永磁同步直线电机的影响，提高无铁芯圆筒型永磁同步直线电机的定位精度。