模塊化C型定子鐵芯的圓筒型永磁直線電機制造技術

本發明專利技術公開一種應用于小型直線推進系統中的模塊化C型定子鐵芯的圓筒型永磁直線電機，內定子環由電樞繞組、非導磁材料制成的磁障、導磁材料制成的結構相同的兩C型鐵芯組成，兩C型鐵芯中間固定夾有磁障、沿軸向排列、與外動子環之間間隙相同；兩C型鐵芯均具有一個C型槽，C型槽的開口處朝向外動子環，每個C型槽中嵌有一套電樞繞組；兩C型鐵芯的軸向長度為一個動子極距，磁障的軸向寬度為一個動子極距的1/4；兩個模塊化C型鐵芯結構與動子產生相位相反的定位力，實現定位力抵消；兩相繞組之間達到物理上電路、溫度的隔離效果，可實現帶故障運行；磁障使得兩個模塊化C型鐵芯物理上隔離，磁路上解耦，提高電機運行的容錯性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及應用于小型直線推進系統中的直線電機，例如應用于人工心臟泵等。
技術介紹
直線電機是直接 將電能轉化為直線運動的機械能的電機，不需要中間傳動機構，在提高可靠性運行的同時節約制造成本，因此能替代旋轉電機而廣泛應用于直線運動的場合。目前，小型直線電機已應用于人工心臟直線推進系統中，人工心臟狹小的空間對電機的體積有較高要求，需要電機在有限的空間里面具有較高的、較為平穩的推力密度，同時能減小電機的推力脈動，能提供較大、較為平穩的推力。另外，在應用時，對于電機的可靠性要求比較高，因為電機的可靠性直接關系到病人的生命安全，所以，需要設計出高可靠性的直線電機。同時，還要求電機重量輕，以方便病人的日常生活，減輕病人負擔。直線振蕩電機和混合式電機已被應用于人工心臟這種小型的直線運動的場合，在文獻“Electromagnetic modeling of a novel linear oscillating，，中(公開發表于2008年 11 月 IEEE Transac tions on Magneiics 卷 44,期 11,頁 3855-3858 )，提出了一種單相的振蕩電機，振蕩電機一般工作于半個極距范圍內，其電磁推力在半個極距的中間一段距離中較為平穩，所以單相電機多作為振蕩電機使用，但是其缺陷是需要安裝彈簧來完成往復運動，而彈簧的使用壽命有限，直接威脅著電機的使用壽命。然后，兩相直線電機不同于單相電機，可以在一個極距的距離范圍內提供平穩的電磁推力，所以，兩相直線電機可以不需要彈簧來完成往復運動，可將兩相直線電機應用于需要高可靠性的場合。參見附圖說明圖1，圖I示出了一種傳統E型定子鐵芯的冗余式圓筒型永磁直線電機的主視半剖視圖，該電機由外動子環I’和內定子環2’組成；外動子環I’由Halbach陣列永磁體環3’組成，其中徑向充磁的永磁體軸向寬度為軸向充磁的永磁體寬度的2倍；內定子環2’由初級E型鐵芯4’和電樞繞組5’組成；E型鐵芯4’的兩個槽中分別嵌有兩套圓餅狀的電樞繞組5’，形成A、B兩相電機。E型鐵芯4’的兩個槽的槽距與動子極距的比為5/4，以保證兩相繞組之間相差電角度90°。這種傳統E型定子鐵芯的兩相圓筒型永磁直線電機，動子永磁體采用Halbach陣列，由于Halbach陣列的磁場主要在動子的一側，即圖I結構中顯示為磁場主要分布于動子(永磁體環)的內側經過E型定子鐵芯形成磁回路，而動子(永磁體環)外側磁場分布很少，省去了動子(永磁體環)外側的鐵芯，該電機的動子僅由永磁體構成，永磁體外面沒有鐵芯等導磁材料，從而減小了電機的重量。然而，其內部結構之間不能實現定位力的互補抵消，其定位力較大，嚴重影響了電機的推力性能。而且，該電機定子中間齒和邊端齒的磁路不對稱，中間齒上無邊端效應，而兩端齒上有邊端效應，所以使得產生的反電勢波形正負半周不對稱，導致原本應該相差90°電角度的兩相反電勢會發生相移，使得兩相反電勢相差的電角度實際上并不是90°。專利公開號為CN 101860174 A中提出了用模塊化結構來實現定位力的抵消，利用兩個相差180°電角度的模塊分別與動子相互作用產生兩個相位相差180°的定位力，從而實現定位力的抵消。通過添加與其相位相反的模塊來實現抵消功能，就是引入另外一個E型鐵芯，使兩個E型鐵芯相差180°電角度，增加了額外的、與原有結構相位相反的結構，必然導致了電機軸向長度增加一倍以上，造成電機長度的增加，這不適宜于體積限制要求較高的場合。
技術實現思路
本專利技術的目的是為克服上述現有技術缺陷而提供一種模塊化C型定子鐵芯的圓筒型永磁直線電機，能夠在不改變傳統的E型定子結構的電機軸向長度的情況下，減小定位力，實現定位力最小化，提高推力性能。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是包括外動子環和內定子環，內定子環由電樞繞組、非導磁材料制成的磁障、導磁材料制成的第一、第二 C型鐵芯組成；第一、第二 C型鐵芯的結構相同、中間固定夾有磁障、沿軸向排列、與外動子環之間的間隙相同；第一、第二 C型鐵芯均具有一個C型槽，C型槽的開口處朝向外動子環，每個C型槽中嵌有一套電樞繞組；第一、第二 C型鐵芯的軸向長度為一個動子極距，磁障的軸向寬度為所述一個動子極距的1/4。·本專利技術的有益效果是 I、本專利技術將原有E型定子結構電機中的一個E型鐵芯拆分為兩個模塊化的C型鐵芯，充分利用原有的鐵芯來分隔成兩個C型模塊，兩相繞組仍然置于兩個C型槽中，兩個模塊化C型鐵芯結構與動子產生相位相反的定位力，雖然構成兩相的兩個模塊化C型定子鐵芯相差90°電角度，但是由于一個模塊與動子產生的定位力在一個電周期當中變化兩個周期，所以，兩個相差90°電角度的模塊可以使產生的定位力相差180°電角度，相位相反，兩者疊加抵消形成電機總定位力，從而實現定位力抵消，在不改變原有的兩相繞組相差90°電角度的基礎上，達到減小電機總的定位力的效果，實現兩個模塊產生的定位力的相互抵消，減小推力脈動，提高電機推力性能，可以滿足小體積、大推力密度的應用需求，同時提高了運行的可靠性。2、本專利技術的內定子環上的兩套繞組分別嵌在兩個槽中，使得兩相繞組之間達到物理上電路、溫度的隔離的效果，當其中一相因為短路而導致溫度急速上升時，另外一相繞組不會受到影響，可實現帶故障運行，增強可靠性。3、本專利技術的內定子環由兩個相同的模塊化結構和中間夾磁障構成，磁障的引入使得兩個模塊化結構物理上隔離，磁路上解耦，形成兩個相互獨立的模塊，提高電機運行的容錯性。4、本專利技術形成的兩個模塊化C型結構的4個定子齒都是邊端齒，雖然都存在邊端效應，但是磁路上是對稱的，所以，反電勢正負半周是對稱的，而且兩相反電勢相差90 °電角度，沒有相移的情況發生。5、本專利技術的內定子環模塊化組裝結構方便了生產加工，提高了生產效率，且方便產品使用時的組裝。6、本專利技術也可應用于動子永磁體結構為軸向充磁的電機。以下結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明圖I為
技術介紹
中所述的E型定子鐵芯的兩相圓筒型永磁直線電機主視半剖視 圖2為本專利技術的結構主視半剖視 圖3是圖I所示的傳統E型定子鐵芯的兩相圓筒型永磁直線電機在空載動子速度為O. lm/s時的兩相反電勢 圖4是圖2所示的本專利技術在空載動子速度為O. lm/s時的兩相反電勢 圖5是圖I所示電機和圖2所示的本專利技術的定位力對比 圖6是圖2所示的本專利技術所產生的定位力及其疊加抵消形成的總定位力的效果 圖7是圖2所示的本專利技術所產生的定位力和推力的對比 圖中1外動子環；2內定子環；3永磁體環；4第一 C型鐵芯；5電樞繞組；6磁障；8第 二 C型鐵芯。具體實施例方式參見圖2,本專利技術包括外動子環I和內定子環2,外動子環I由Halbach陣列永磁體環3組成，兩塊徑向充磁方向相反的永磁體中間夾一塊軸向充磁的永磁體，且相鄰兩塊軸向充磁的永磁體充磁方向也相反。其中徑向充磁的永磁體軸向寬度是軸向充磁的永磁體軸向寬度的2倍。內定子環2由第一 C型鐵芯4、第二 C型鐵芯8、電樞繞組5和磁障6組成。第一C型鐵芯4和第二 C型鐵芯8均由導磁材料制作而成，可采用沖片疊壓而成，磁障6由非導磁材料制作而成。第一 C型鐵芯4、磁障6、第二 C型鐵芯8沿軸向排列，并且三者與外動子環I之間的間隙相同，第一 C型鐵芯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化C型定子鐵芯的圓筒型永磁直線電機，包括外動子環（1）和內定子環（2），其特征是：內定子環（2）由電樞繞組（5）、非導磁材料制成的磁障（6）、導磁材料制成的結構相同的第一、第二C型鐵芯（4、8）組成；第一、第二C型鐵芯（4、8）的中間固定夾有磁障6、沿軸向排列、與外動子環1之間的間隙相同；第一、第二C型鐵芯（4、8）均具有一個C型槽（7），C型槽（7）的開口處朝向外動子環（1），每個C型槽（7）中嵌有一套電樞繞組（5）；第一、第二C型鐵芯（4、8）的軸向長度為一個動子極距，磁障（6）的軸向寬度為所述一個動子極距的1/4。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吉敬華，趙文祥，嚴淑君，房卓婭，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：