一种聚磁式无磁轨直线电机

技术领域

本发明涉及的是永磁同步直线电机技术领域，具体涉及一种聚磁式无磁轨直线电机。

背景技术

近些年来，随着高端机床、3C行业、激光切割、液晶面板、锂电行业的快速发展，对于高速度、高精度、以及长行程直线行进的应用场合，基于丝杆或皮带传动的滑动型直线运动系统，已经难以满足实际应用需求。直线电机可以再基于传统旋转电机工作原理的基础上，直接产生直线运动，适合长行程，高精度，高动态响应，高寿命等工况，近年来越发受到市场的青睐。

目前直线电机主流方案通常采用永磁直线电机。传统永磁直线电机的工作原理为在定子上放置永磁体，在动子上放置线圈绕组，当采用变频器或驱动器为线圈绕组通入三相或多相交流电，从而产生推力。目前所有厂商生产的永磁直线电机，均需要在定子上铺设N-S极交替的永磁体做成的磁轨，该特征导致以下五个缺陷：

(1)价格极其昂贵：因为永磁体的主要成分铷铁硼或钐钴，均为稀土材料，成本高昂且稀缺，在定子上铺满稀土永磁体，应用于长行程场合时价格及其昂贵；

(2)安装运输附加成本高：永磁体会在周围产生强大的磁场，在定子的制作过程中需要做特殊的隔磁防护罩，进一步增加成本；

(3)电机寿命短：定子上的强磁场在电机运行时，会吸引铁屑，灰尘进电机，影响电机寿命。虽然一些厂家会在防尘上采用手段，如采用屏蔽罩、风琴罩等防尘措施，但此举无疑会增加电机成本；

(4)产生电磁干扰：定子上的永磁体会在周围产生强力磁场，会干扰周围电子元器件的正常运行，导致在3C行业的精密检测领域应用受限；

(5)安全隐患大：强力永磁体在电机的搬运，安装和使用过程中，若操作不当，会导致工人受伤。

为解决上述问题，专利201910292525X报道了一种无磁轨式直线电机，该类电机具有定子无磁轨，成本低廉、安装方便、可靠性高等显著优势。为了进一步提高该类型无磁轨直线电机的推力密度，降低推力波动，本发明设计了一种聚磁式无磁轨直线电机。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种聚磁式无磁轨直线电机，该电机包括动子与定子两大部件。其特征在于：动子包括动子铁芯、绕组、以及永磁体，其中动子铁芯为软磁材料，由若干个动子齿部通过动子轭部连接构成，每个动子齿部沿运动方向之间的间隔距离为固定值或非固定值，动子齿部上安装有不少于一组的聚磁单元，聚磁单元位于动子齿部的极靴处，每个聚磁单元包含有三个永磁体和用于固定其安装位置的软磁材料，三个永磁体的充磁方向为指向聚磁单元中心处或沿聚磁单元中心处向外。可以看出，由于三个永磁朝向同一个方向充磁或由同一点向外充磁，因此具有显著的聚磁效应，可有效降低漏磁系数，提高永磁体磁能的利用率。另外，每个永磁体之间均保有一定宽度的软磁材料，每个聚磁单元两侧均保有一定宽度的软磁材料。同一个动子齿部中的不同聚磁单元之间设计有隔磁桥，以保证不同聚磁单元之间互不耦合。定子为软磁材料，定子上具有若干定子齿部沿运动方向排列，定子齿部之间的间隔距离所遵循设计原则为：当定子齿部与位于某个聚磁单元中间的永磁体对齐时，该定子齿两侧的定子齿则与该聚磁单元两侧的软磁材料对齐或近似对齐。一台完整的聚磁式无磁轨直线电机通常包含两个以上电机工作相，每个电机工作相可由一个或多个由动子轭部连接的动子齿部构成。动子与定子沿运动方向的法向装配，两者之间保有一定气隙。

本发明具有以下有益效果：

1、聚磁效应显著，漏磁系数小，永磁体磁能利用充分，进而显著提高推力密度，可实现高加速性能和强带负载性能；

2、结构简单、易于实现，永磁体安装简单可靠；

3、采用定子无磁轨结构，成本低廉、运输方便。

附图说明

下面结合附图和一种具体实施示例来详细说明本发明；

图1为本发明的一种具体实时实例示意图；

图2为本发明的聚磁单元不同结构形式与充磁方向的示意图；

图3为本发明的单个动子齿部中含有多个聚磁单元的示意图；

图4为本发明的定子齿结构不同设计方式示意图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合一种本发明的具体实施实例来进一步阐述本发明。

图1给出了一种聚磁式无磁轨直线电机示例示意图，包括动子与定子两大部分，动子包括动子铁芯(1)、绕组(2)、以及永磁体(3)，其中动子铁芯为软磁材料，本示例中采用硅钢片实现。本示例中的动子铁芯由6个动子齿部(4)通过动子轭部(5)连接构成，其中每两个动子齿部构成一个电机工作相，6个动子齿部构成一台三相电机。每个动子齿部上安装有两组聚磁单元(6)，位于动子齿部的极靴处，每个聚磁单元包含有三个永磁体，充磁方向为指向聚磁单元中心处。每个永磁体之间均保有一定宽度的动子铁心材料，每个聚磁单元两侧同样保有一定宽度的动子铁心材料，同一个动子齿部中的不同聚磁单元之间设计有隔磁桥(7)，以保证不同聚磁单元之间互不耦合。定子同样为软磁材料，定子上具有若干定子齿部沿运动方向排列，本示例中采用梯形定子齿部。定子齿部之间的间隔距离设计为，当某个定子齿与某个聚磁单元中间位置的永磁对齐时，该定子齿两侧的定子齿与该聚磁单元两侧的软磁材料处对齐。

述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。