一种低转矩脉动同步磁阻直线电机及动子的制作方法
阅读说明：本技术 一种低转矩脉动同步磁阻直线电机及动子的制作方法 (Low-torque ripple synchronous reluctance linear motor and rotor manufacturing method ) 是由 范坚坚 赵琪 马勇明 刘智远 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低转矩脉动同步磁阻直线电机及动子的制作方法,所述的电机包括定子和动子,所述的定子中设置有若干个沿定子长度方向分布的凹槽,所述的凹槽中绕制有绕组,其特征在于所述的动子中设有若干组沿动子长度方向分布的磁障组,每个磁障组包括至少一个内部磁障；所述的内部磁障呈梯形镂空槽状结构,包括与动子长度方向平行的底槽和两侧侧槽,所述的两侧侧槽自底槽起向定子方向张开。本发明采用梯形镂空槽结构的内部磁障,能起到最佳的聚磁作用,从而使气隙磁密由矩形波改善为阶梯形波,提高了气隙磁密基波幅值,降低谐波畸变率,达到减小转矩脉动,提高同步磁阻直线电机性能的目的。(The invention discloses a low-torque pulsation synchronous reluctance linear motor and a manufacturing method of a rotor, wherein the motor comprises a stator and a rotor, the stator is provided with a plurality of grooves distributed along the length direction of the stator, and windings are wound in the grooves; the internal magnetic barrier is in a trapezoid hollow groove-shaped structure and comprises a bottom groove parallel to the length direction of the rotor and two side grooves, and the two side grooves are opened from the bottom groove to the direction of the stator. The invention adopts the internal magnetic barrier of the trapezoidal hollow-out groove structure, and can play the best role of magnetic concentration, thereby improving the air gap flux density from rectangular wave to stepped wave, improving the fundamental wave amplitude of the air gap flux density, reducing the harmonic distortion rate, and achieving the purposes of reducing torque pulsation and improving the performance of the synchronous reluctance linear motor.)
技术领域
本发明涉及直线电机技术领域，尤其涉及同步磁阻式直接电机，具体地说是一种低转矩脉动同步磁阻直线电机及其动子的制作方法。
背景技术
目前，在很多应用场所的设备中，同步磁阻直线电机有低成本、高可靠性的优势。常见的同步磁阻直线电机为有相连磁桥。电机硅钢片和各磁障相互连接。这种结构虽保持了位置关系和增强了机械强度，但连接端部的相连磁桥产生漏磁，导致了电机推力性能和驱动效率无法提升。转矩脉动大，振动噪声大。
现有同步磁阻电机利用的是磁阻转矩，电机凸极性比较强，其转矩脉动比较大，并且动子内部有很多槽，动子结构相对复杂，转矩脉动的优化设计较为困难，而过大的转矩脉动会导致电机震动大、噪音高。
发明内容
本发明要解决的是现有同步磁阻电机转矩脉动比较大，电机震动大，噪音高的技术问题，旨在提供一种无相连磁桥低转矩脉动同步磁阻直线电机。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种低转矩脉动同步磁阻直线电机，包括定子和动子，所述的定子中设置有若干个沿定子长度方向分布的凹槽，所述的凹槽中绕制有绕组，其特征在于所述的动子中设有若干组沿动子长度方向分布的磁障组，每个磁障组包括至少一个内部磁障；所述的内部磁障呈梯形镂空槽状结构，包括与动子长度方向平行的底槽和两侧侧槽，所述的两侧侧槽自底槽起向定子方向张开。
同步磁阻直线电机，非正弦分布的气隙磁场会引起大量和各种谐波，容易造成转矩脉动和增加电机的损耗。本发明提出了一种动子带磁障的新结构的电机，并采用梯形镂空槽结构的内部磁障，能起到最佳的聚磁作用，从而使气隙磁密由矩形波改善为阶梯形波，提高了气隙磁密基波幅值，降低谐波畸变率，达到减小转矩脉动，提高同步磁阻直线电机性能的目的。
作为本发明的改进，所述的磁障组包括一到多个内部磁障。两到多个内部磁障沿动子高度方向间隔排列，从而形成两到多层结构。优选地，所述的磁障组包括三个内部磁障。
作为本发明的进一步改进，在上层磁障的上方还设有顶部中心磁障。所述的顶部中心磁障呈梯形状结构。
作为本发明的再进一步改进，所述的磁障组沿动子长度方向均匀分布，每个磁障组与其对应的动子部分形成一个动子单元。各动子单元可以相互独立，也可以一体化制成。磁障的具体形状由梯形镂空槽的参数等控制变量决定，通过改变各控制变量的大小来可以寻找最佳性能点。每层磁障的高度可以相同，也可以不同。同一磁障的各部位的高度可以相同，也可以不同。
作为本发明的再进一步改进，每个动子单元的长度L和动子单元高度H之间的关系为：0.3*L≤H≤0.5*L。
作为本发明的再进一步改进，底层磁障的底边距离动子底边距离T与动子单元高度H的关系为：0.075*H≤T≤0.125*H。
作为本发明的再进一步改进，底层磁障顶部外侧与动子左侧边的距离S，与动子单元长度L的关系为：0.03*L≤S≤0.05*L。
作为本发明的再进一步改进，内部磁障顶部的开口宽度在0.03*L和0.06*L之间，其中L为动子单元长度。
作为本发明的再进一步改进，内部磁障底槽的高度在0.075*H和0.125*H之间，其中H为动子单元高度。
作为本发明的再进一步改进，相邻磁障底槽之间的间隔在0.075*H和0.125*H之间，其中H为动子高度。
作为本发明的更进一步改进，所述的磁障可以是空心的梯形镂空槽，也可以在梯形镂空槽中填充不导磁材料。优选地，所述的不导磁材料为树脂。由于在动子中开设磁障，动子被分隔成多层结构，为方便加工，在磁障的端部需要磁桥连接，但同时会造成功率因素下降。当采用不导磁材料填充后，不导磁材料将各个磁障包裹，对硅钢片制成的主磁桥进行固定，使其成为一个整体。各磁障之间无相连磁桥，可提高电机的功率因素和效率。
本发明还要提供一种低转矩脉动同步磁阻直线电机的动子的制作方法，其特征在于包括以下步骤：（1）先将硅钢片制成有相连磁桥的结构，其上设有若干组沿动子长度方向分布的磁障组，每个磁障组包括至少一个内部磁障；所述的内部磁障呈梯形镂空槽状结构，包括与动子长度方向平行的底槽和两侧侧槽，所述的两侧侧槽自底槽起向定子方向张开；（2）再将多个硅钢片叠压在一起；（3）然后将不导磁材料铸进内部磁障处的梯形镂空槽中，等不导磁材料凝固后即和硅钢片制成的主磁桥成为一个整体；（4）最后将位于端部的相连磁桥切去。
本发明还要提供另一种低转矩脉动同步磁阻直线电机的动子的制作方法，其特征在于包括以下步骤：（1）先将硅钢片制成有相连磁桥的结构，其上设有至少一个内部磁障；所述的内部磁障呈梯形镂空槽状结构，包括与动子长度方向平行的底槽和两侧侧槽，所述的两侧侧槽自底槽起向定子方向张开；（2）再将多个硅钢片叠压在一起；（3）然后将不导磁材料铸进内部磁障处的梯形镂空槽中，等不导磁材料凝固后即和硅钢片制成的主磁桥成为一个动子单元；（4）将位于端部的相连磁桥切去；（5）将多个动子单元沿长度方向粘结成一个完整的定子。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种低转矩脉动同步磁阻直线电机的结构示意图。
图2为本发明动子单元的结构示意图。
图3为本发明动子单元的控制变更示意图。
图4为本发明动子单元的另一种实施方式的结构示意图。
图中，1-定子，2-动子，101-定子凹槽，201-内部磁障，202-不导磁材料，203-底槽，204-左侧槽，205-右侧槽，206-动子单元，207-底层磁障，208-中间层磁障，209-上层磁障，210-顶部中心磁障。
具体实施方式
参照图1，本发明的低转矩脉动同步磁阻直线电机，包括定子1和动子2，所述的定子1中设置有若干个沿定子长度方向分布的凹槽101，所述的凹槽101中绕制有绕组。所述的动子2中设有若干组沿动子长度方向均匀分布的磁障组，每个磁障组包括至少一个内部磁障201。
每个磁障组与其对应的动子部分形成一个动子单元206。各动子单元206可以相互独立，也可以一体化制成。内部磁障的具体形状由梯形镂空槽的参数等控制变量决定，通过改变各控制变量的大小来可以寻找最佳性能点。每层磁障的高度可以相同，也可以不同。同一内部磁障的各部位的高度可以相同，也可以不同。
参照图2，动子单元206上设有四层磁障，包括由底层磁障207、中间层磁障208和上层磁障209构成的内部磁障，以及一个顶部中心磁障210。各层磁障沿动子高度方向间隔排列。其中底层磁障207、中间层磁障208和上层磁障209呈梯形镂空槽状结构，包括与动子长度方向平行的底槽203、左侧槽204和右侧槽205，所述的两侧侧槽204、205自底槽起向定子1方向张开。顶部中心磁障210呈梯形状结构。
同步磁阻直线电机，非正弦分布的气隙磁场会引起大量和各种谐波，容易造成转矩脉动和增加电机的损耗。本发明提出了一种动子带磁障的新结构的电机，并采用梯形镂空槽结构的磁障，能起到最佳的聚磁作用，从而使气隙磁密由矩形波改善为阶梯形波，提高了气隙磁密基波幅值，降低谐波畸变率，达到减小转矩脉动，提高同步磁阻直线电机性能的目的。
参照图3，本发明通过改变以下各控制变量的大小的适配比，达到最佳性能点。
动子长度L和动子高度H之间的关系为：0.3*L≤H≤0.5*L。
底层磁障的底边距离动子底边距离T与动子高度H的关系为：0.075*H≤T≤0.125*H。
底层磁障顶部外侧与动子左侧边的距离S，与动子长度L的关系为：0.03*L≤S≤0.05*L。
底层磁障顶部的左侧开口宽度M1与动子长度L的关系为：0.03*L≤M1≤0.06*L。
中层磁障顶部的左侧开口宽度M2与动子长度L的关系为：0.03*L≤M2≤0.06*L。
上层磁障顶部的左侧开口宽度M3与动子长度L的关系为：0.03*L≤M3≤0.06*L。
底层磁障顶部的右侧开口宽度N 1与动子长度L的关系为：0.03*L≤N 1≤0.06*L。
中层磁障顶部的右侧开口宽度N 2与动子长度L的关系为：0.03*L≤N 2≤0.06*L。
上层磁障顶部的右侧开口宽度N 3与动子长度L的关系为：0.03*L≤N 3≤0.06*L。
底层磁障底槽的高度A1和动子高度H的关系为：0.075*H≤A1≤0.125*H。
中间层磁障底槽的高度A2和动子高度H的关系为：0.075*H≤A2≤0.125*H。
上层磁障底槽的高度A3和动子高度H的关系为：0.075*H≤A3≤0.125*H。
底层磁障和中间层磁障的底槽之间的间隔B1与动子高度H的关系为：0.075*H≤B2≤0.125*H。
中间层磁障和上层底槽之间的间隔B2与动子高度H的关系为：0.075*H≤B2≤0.125*H。
上层磁障和顶部中心磁障的底面之间的间隔B3与动子高度H的关系为：0.075*H≤B3≤0.125*H。
在以上的实施方式中，所述的磁障是空心的梯形镂空槽，槽内无填充材料。
参照图4，本发明一种低转矩脉动同步磁阻直线电机的另一种实施方式。本实施方式是在图2实施方式的基础上，在梯形镂空槽和顶部梯形槽中填充不导磁材料202。优选地，所述的不导磁材料为树脂。由于在动子中开设磁障，动子被分隔成多层结构，为方便加工，在磁障的端部需要磁桥连接，但同时会造成功率因素下降。当采用不导磁材料填充后，不导磁材料将各个磁障包裹，对硅钢片制成的主磁桥进行固定，使其成为一个整体。各磁障之间无相连磁桥，可提高电机的功率因素和效率。
本发明还要提供一种低转矩脉动同步磁阻直线电机的动子的制作方法，其特征在于包括以下步骤：（1）先将硅钢片制成有相连磁桥的结构，其上设有若干组沿动子长度方向分布的磁障组，每个磁障组包括至少一个内部磁障；所述的内部磁障呈梯形镂空槽状结构，包括与动子长度方向平行的底槽和两侧侧槽，所述的两侧侧槽自底槽起向定子方向张开；（2）再将多个硅钢片叠压在一起；（3）然后将不导磁材料铸进内部磁障处的梯形镂空槽中，等不导磁材料凝固后即和硅钢片制成的主磁桥成为一个整体；（4）最后将位于端部的相连磁桥切去。
本发明还要提供另一种低转矩脉动同步磁阻直线电机的动子的制作方法，其特征在于包括以下步骤：（1）先将硅钢片制成有相连磁桥的结构，其上设有至少一个内部磁障；所述的内部磁障呈梯形镂空槽状结构，包括与动子长度方向平行的底槽和两侧侧槽，所述的两侧侧槽自底槽起向定子方向张开；（2）再将多个硅钢片叠压在一起；（3）然后将不导磁材料铸进内部磁障处的梯形镂空槽中，等不导磁材料凝固后即和硅钢片制成的主磁桥成为一个动子单元；（4）将位于端部的相连磁桥切去；（5）将多个动子单元沿长度方向粘结成一个完整的定子。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
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