專利名稱：一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機。
背景技術(shù)：
永磁直線同步電機與直線感應(yīng)電機相比，優(yōu)點是推力密度大，缺點是推力波動大。高速數(shù)控機床目前采用的大推力直線同步電機都是永磁結(jié)構(gòu)，為了進一步增大推力并克服推力波動大的缺點，雙邊冷卻型結(jié)構(gòu)是一種可選的結(jié)構(gòu)。目前檢索到的大推力永磁直線電機，永磁體基本都是面貼式的單邊型結(jié)構(gòu)，永磁體安裝在背鐵上作為長定子，電樞繞組嵌入疊片鐵芯作為動子，系統(tǒng)存在很大的邊端力，而且動子存在很大的單邊法向力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，適用于高速數(shù)控床、直線輸送裝置、直線試驗平臺等需要高平穩(wěn)大推力的應(yīng)用場合，解決了目前永磁直線同步電機存在邊端力、氣隙磁場調(diào)磁困難、推力密度不高的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，該直線同步電機包含磁極和電樞，所述磁極設(shè)置在電樞兩側(cè)。所述的磁極包含齒形背鐵，嵌入設(shè)置在背鐵齒間的可調(diào)直流勵磁繞組，以及設(shè)置在背鐵齒上的永磁體。相鄰的永磁體的極性相反。所述的電樞包含兩個背向設(shè)置的齒形電樞鐵芯，該電樞鐵芯的背部設(shè)置有若干冷卻管槽，該電樞還包含設(shè)置在電樞鐵芯齒間的電樞繞組，以及設(shè)置在電樞鐵芯背部冷卻管槽內(nèi)的冷卻管道。所述的背部冷卻管槽內(nèi)的冷卻管道內(nèi)冷卻介質(zhì)可以是水、或是油、或是汽液混合介質(zhì)、或僅僅開通風(fēng)道。所述的背部冷卻管槽可以是橫向設(shè)置、也可以是縱向設(shè)置。所述的磁極和電樞都可作為動子。當磁極作為動子時，電樞作為定子，兩側(cè)磁極錯位長度1，I范圍為磁極極距的(Γ1/2倍，當電樞作為動子時，磁極作為定子，雙排齒形電樞鐵芯錯位長度1，I范圍為磁極極距的(Γ1/2倍。根據(jù)需要，如在高推力場合，磁極上也設(shè)置冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明的磁極上安裝永磁體與電勵磁繞組，采用混合勵磁的方式提供氣隙磁場，電樞上安裝電樞繞組、電樞鐵芯與冷卻管道，與現(xiàn)有的動電樞型永磁型結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的電樞采用雙排式錯位拼裝結(jié)構(gòu)，減小了邊端效應(yīng)，電樞采用內(nèi)置冷卻結(jié)構(gòu)，提高了推力密度，磁極采用混合勵磁結(jié)構(gòu)，使得氣隙磁場靈活可調(diào)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明的安裝示意 圖4是本發(fā)明中電樞的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下根據(jù)圖1 圖4，具體說明本發(fā)明的較佳實施例。本發(fā)明提供一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，包含磁極I和電樞2，所述電樞為雙邊背向形式，雙邊磁極I設(shè)置在電樞2兩側(cè)。所述的磁極I包含齒形背鐵1-3，嵌入設(shè)置在背鐵1-3齒間的可調(diào)直流勵磁繞組
1-2，以及設(shè)置在背鐵1-3齒上的永磁體1-1。相鄰的永磁體1-1的極性相反。如圖4所示，所述的電樞2包含兩個背向設(shè)置的齒形電樞鐵芯2-3，該電樞鐵芯
2-3的背部設(shè)置有若干冷卻管槽。該電樞2還包含設(shè)置在電樞鐵芯2-3齒間的電樞繞組2-1，以及設(shè)置在電樞鐵芯2-3背部冷卻管槽內(nèi)的橫向式冷卻管道2-2，大大提高電流密度。冷卻介質(zhì)可以是水、或是油、或是汽液混合介質(zhì)，由外部冷卻系統(tǒng)提供。也可僅僅開通風(fēng)道。所述的磁極I和電樞2都可作為動子，當磁極I作為動子時，電樞2作為定子，兩側(cè)磁極錯位長度1，I范圍為磁極極距的(Γ1/2倍，當電樞2作為動子時，磁極2作為定子，雙排齒形電樞鐵芯2-3錯位長度1，I范圍為磁極極距的(Γ1/2倍。動子一般為電樞，但也可為磁極。動電樞時，冷卻管安裝于電樞是由于電機主要的損耗產(chǎn)生在電樞上，根據(jù)需要，如在高推力場合，磁極部分也可增加冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明的工作原理:永磁體1-1與電樞繞組2-1共同提供可調(diào)節(jié)的氣隙磁場，電樞繞組2-1中通入相應(yīng)的三相交流電流，產(chǎn)生電磁推力，驅(qū)動動子運行。動子互相錯開一定的位置1，使兩側(cè)邊端效應(yīng)相互抵消，因此本發(fā)明電機的優(yōu)點是邊端效應(yīng)小，動子無單邊法向力,推力大,調(diào)節(jié)靈活。如圖1所示，是本發(fā)明橫向冷卻型式雙邊混合勵磁型直線同步電機的第一實施例，該實施例中，動子為電樞2，定子為磁極1，電樞鐵芯2-3采用雙排式結(jié)構(gòu)，拼裝時錯開一定的位置1，且雙排電樞鐵芯2-3中間夾置橫向式水冷管道2-2。外部泵的輸出軟管與冷卻管道2-2中管接口連接，提供冷卻介質(zhì)，連接時保證其密封性。連接軟管安裝在拖鏈上。本電機中能量損耗主要產(chǎn)生在電樞部分，冷卻系統(tǒng)(冷卻管道2-2、外部泵、輸出軟管、冷卻介質(zhì)和拖鏈等)安裝在電樞上，根據(jù)需要，如若在推力密度進一步提高時，也可在磁極部分增加冷卻系統(tǒng)。移動電樞時電機的效率較高，但動子部分存在移動的電纜與冷卻管，需要加裝拖鏈。
當動子電樞鐵芯中通入所需頻率的三相對稱交流電，產(chǎn)生電樞磁場，與定子磁極提供的氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生電磁推力，驅(qū)動動子前進。動子中冷卻系統(tǒng)快速帶走熱量，電樞電流密度高，因此推力密度增大；如果電機發(fā)熱不厲害，僅僅開通風(fēng)槽也可改善散熱效果；動子鐵芯兩側(cè)端部錯位I長度，使邊端效應(yīng)盡量抵消，因此推力波動小；當可調(diào)直流勵磁繞組電流為零時，僅由永磁體提供氣隙磁通，相當于永磁直線同步電機；當可調(diào)直流勵磁繞組電流為負時，起弱磁擴速作用。圖2是本發(fā)明雙邊混合勵磁型直線同步電機的第二實施例。該實施例中，動子為磁極1，定子為電樞2，兩側(cè)磁極I安裝在同一個移動平臺5上，此時兩側(cè)磁極錯位長度1，使得兩側(cè)的邊端力盡量抵消。動子磁極主要用在高速長行程時，其優(yōu)點是動子磁極上采用小功率直流電源勵磁，無需外接電纜，但為了提高效率需要采用分段供電技術(shù)。如圖3所示，該雙邊混合勵磁型直線同步電機的動子為電樞，且應(yīng)用在直線運動場合時，動子2安裝在移動平臺5上，定子I安裝在固定平臺3上，兩者之間通過直線導(dǎo)軌4保持恒定氣隙，根據(jù)設(shè)備的運行要求，控制相應(yīng)的電樞電流與勵磁電流。低速時可調(diào)直流勵磁電流為零，作為永磁直線電機使用；高速時可調(diào)直流勵磁電流為負，起弱磁擴速的作用。與現(xiàn)有文獻中的永磁直線同步電機相比，本冷卻型式雙邊混合勵磁型直線同步電機優(yōu)點十分突出，動子內(nèi)置冷卻管道，電樞鐵芯采用兩排拼裝式結(jié)構(gòu)且端部錯位，雙勵磁方式，因此產(chǎn)生的推力大，波動小，速度范圍廣，而且電樞無法向力。本發(fā)明附圖所示是短電樞形式，產(chǎn)生的損耗主要在電樞部分，因此電樞需要冷卻，可提高2-3倍左右的推力密度；也可在磁極部分增加冷卻系統(tǒng)，更好提高推力密度和效率。勵磁采用混合勵磁結(jié)構(gòu)，由永磁體與電勵磁共同提供磁場。永磁體提供的磁通約為電勵磁的2倍，恒轉(zhuǎn)矩運行時無直流勵磁，在弱磁控制時提供弱磁電流。電樞鐵芯采用雙排式結(jié)構(gòu)，背部開設(shè)冷卻管槽，錯位拼裝使鐵芯端部錯開一定的位置I，減小端部力及力的波動。電樞上采用雙邊冷卻式結(jié)構(gòu)，電樞鐵芯內(nèi)置橫向或縱向式冷卻管道。本發(fā)明采用雙邊冷卻結(jié)構(gòu)，電樞鐵芯端部錯位,采用電磁永磁雙勵磁方式,這與目前所見的永磁直線同步電機結(jié)構(gòu)不同，其突出特點是推力大、推力波動小、磁場調(diào)節(jié)方便。本發(fā)明是永磁直線同步電機的優(yōu)選方案，適用于高速數(shù)控加工機床、工業(yè)輸送等高平穩(wěn)大推力的直線運動場合。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，該直線同步電機包含磁極(I)和電樞(2 )，所述電樞為雙邊背向形式，雙邊磁極(I)設(shè)置在電樞(2 )兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，所述的磁極(I)包含齒形背鐵(1-3)，嵌入設(shè)置在背鐵(1-3)齒間的可調(diào)直流勵磁繞組(1-2)，以及設(shè)置在背鐵(1-3)齒上的永磁體(1-1)。
3.如權(quán)利要求2所 述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，所述的電樞(2 )包含兩個背向設(shè)置的齒形電樞鐵芯(2-3 ),該電樞鐵芯(2-3 )的背部設(shè)置有若干冷卻管槽，該電樞(2)還包含設(shè)置在電樞鐵芯(2-3)齒間的電樞繞組(2-1 )，以及設(shè)置在電樞鐵芯(2-3)背部冷卻管槽內(nèi)的冷卻管道(2-2)。
4.如權(quán)利要求3所述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，所述電樞鐵芯(2-3)背部冷卻管槽內(nèi)的冷卻管道(2-2)內(nèi)冷卻介質(zhì)是水、或是油、或是汽液混合介質(zhì)、或僅僅開通風(fēng)道。
5.如權(quán)利要求3所述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，所述電樞鐵芯(2-3)背部冷卻管槽是橫向設(shè)置的，或者是縱向設(shè)置的。
6.如權(quán)利要求3所述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，所述的磁極(I)和電樞(2)都可作為動子。
7.如權(quán)利要求3所述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，當磁極(I)作為動子時，電樞(2)作為定子，兩側(cè)磁極錯位長度1，I范圍為磁極極距的(Γ1/2倍，當電樞(2)作為動子時，磁極(2)作為定子，雙排齒形電樞鐵芯(2-3)錯位長度1，I范圍為磁極極距的(Γ1/2倍。
8.如權(quán)利要求5所述的雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，其特征在于，磁極(I)上也設(shè)置冷卻管道系統(tǒng)。
全文摘要
一種雙邊混合勵磁型高推力直線同步電機，包含磁極和電樞，電樞為雙排背向形式，磁極設(shè)置在電樞兩側(cè)。磁極包含齒形背鐵，嵌入設(shè)置在背鐵齒間的可調(diào)直流勵磁繞組，以及設(shè)置在背鐵齒上的永磁體。電樞包含兩個背向設(shè)置的齒形電樞鐵芯，該電樞鐵芯的背部設(shè)置冷卻管槽，在電樞鐵芯齒間設(shè)置電樞繞組，在電樞鐵芯背部冷卻管槽內(nèi)設(shè)置橫向式冷卻管道或縱向式冷卻管道。本發(fā)明的磁極上安裝永磁體與電勵磁繞組，采用混合勵磁的方式提供氣隙磁場，電樞上安裝電樞繞組、電樞鐵芯與冷卻管道，本發(fā)明的電樞采用雙排式錯位拼裝結(jié)構(gòu)，減小了邊端效應(yīng)，電樞采用內(nèi)置冷卻結(jié)構(gòu)，提高了推力密度，磁極采用混合勵磁結(jié)構(gòu)，使得氣隙磁場靈活可調(diào)。
文檔編號H02K41/03GK103178687SQ201110441280
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者史黎明, 盧琴芬, 葉云岳, 方華 申請人:上海磁浮交通發(fā)展有限公司, 上海磁浮交通工程技術(shù)研究中心