一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机
阅读说明：本技术 一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机 (Motor with multi-pole pair windings distributed discretely along large surface of long shaft ) 是由 尹海斌 张夫刚 张罕 徐博 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电机技术领域,具体是一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机,在结构形式上可分为沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机和沿大面离散分布多极对绕组的直线电机；沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机由n个单元旋转模块连接组成,沿大面离散分布多极对绕组的直线电机由n个单元动子模块连接组成；各所述单元模块输出的转矩或推力相同；所述转子结构或定子结构上的绕组为多极对绕组,全部单元模块的多极对绕组串联连接；有益效果是：各单元模块能够产生相同的转矩或推力,实现了各单元模块的绝对同步,电机只需一个驱动器驱动,且单元模块数量可任意扩展,有利于提高扩展性、降低成本；本发明适用于交流永磁同步电机、直流无刷电机和交流异步电机。(The invention relates to the technical field of motors, in particular to a motor with a large-area discrete distribution of multi-pole pair windings along a long shaft, which can be divided into a rotating motor with the multi-pole pair windings along the long shaft and a linear motor with the multi-pole pair windings along the large surface in structural form; the linear motor discretely distributed with the multi-pole pair windings along the large surface is formed by connecting n unit rotor modules; the torque or thrust output by each unit module is the same; the windings on the rotor structure or the stator structure are multi-pole paired windings, and the multi-pole paired windings of all the unit modules are connected in series; the beneficial effects are that: the unit modules can generate the same torque or thrust, absolute synchronization of the unit modules is realized, the motor only needs to be driven by one driver, and the number of the unit modules can be expanded at will, so that the expansibility is improved and the cost is reduced; the invention is suitable for alternating current permanent magnet synchronous motors, direct current brushless motors and alternating current asynchronous motors.)
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体是一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机。
背景技术
为了提高加工范围或生产效率，机电设备向大型化方向发展。为了有效地驱动大型的机电设备，往往需要对设备结构进行多点位同步驱动。目前，针对大型结构多点位同步驱动的方法主要有机械同步和电气同步两种。
机械同步是指电机集中驱动一根长轴，再由机械传动在长轴不同点位同步驱动大尺寸工作台，这种方式简单易行，但存在长轴变形而引起的多点驱动不同步问题和转动不平衡引起的机械振动问题。电气同步则是指采用多台电机同步控制来实现多点位驱动大尺寸工作台，这种方法有较好的同步精度，但存在控制难度高，控制器接口扩展性差和成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机，以解决上述背景技术中提出的大型机电设备多点同步驱动中存在同步误差或接口多而成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机，在结构形式上可以分为沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机和沿大面离散分布多极对绕组的直线电机；
所述沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机由n个单元旋转模块连接组成，所述单元旋转模块由极对绕组组成的定子结构和对应的转子结构组成；转子结构和定子结构之间采用轴承支承；n个单元旋转模块之间连接分为定子绕组连接和转子连接，定子绕组的接线方式为电气连接，转子通过联轴器、连接轴刚性连接；
所述沿大面离散分布多极对绕组的直线电机包括由旋转电机拓扑展开的n个单元动子模块；所述直线电机包含的动子结构和定子结构通过滑块连接，滑块在导轨做直线运动；n个单元动子模块之间连接分为动子绕组连接和动子连接，动子绕组的接线方式为电气连接，动子连接由连接板刚性连接。
作为本发明进一步的方案：所述单元旋转模块可以分为永磁体转子结构和金属导体转子结构，永磁体转子结构为沿长轴离散分布多极对绕组的永磁同步旋转电机，金属导体转子结构为沿长轴离散分布多极对绕组的交流异步旋转电机。
作为本发明再进一步的方案：所述动子绕组沿大面横向分布，得到沿大面横向离散分布多极对绕组的直线电机，所述动子绕组沿大面纵向分布，得到沿大面纵向离散分布多极对绕组的直线电机。
作为本发明再进一步的方案：定子为永磁体时，可以做成动绕组式永磁同步直线电机，定子为金属导体时，可以做成动绕组式交流异步直线电机；反过来，动子结构的动子为永磁体时，可以做成定绕组式永磁同步直线电机；动子为金属导体时，可以做成定绕组式交流异步直线电机。
作为本发明再进一步的方案：所述沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机的极对绕组线圈之间采用星型或三角形连接方式，且各极对绕组线圈之间采用串联供电方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：各单元模块能够产生相同的转矩或推力，实现了各单元模块的绝对同步，电机只需一个驱动器驱动，且单元模块数量可任意扩展，有利于提高扩展性、降低成本；本发明适用于交流永磁同步电机、直流无刷电机和交流异步电机。
附图说明
图1为本发明实施例中沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机结构示意图。
图2为本发明实施例中任意极对下旋转电机单元模块结构示意图。
图3为本发明实施例中沿大面横向离散分布多极对绕组的直线电机结构示意图。
图4为本发明实施例中沿大面纵向离散分布多极对绕组的直线电机结构示意图。
图5为本发明实施例中沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机驱动示意图。
图6为本发明实施例中旋转电机的接线及原理示意图；其中，a、b为接线图，c为原理示意图。
附图中，1：驱动器；2：沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机；3：第一单元模块；4：第二单元模块；5：第n单元模块；6：联轴器；7：连接轴；2-1-1：转子；2-1-2：端盖；2-1-3：引线槽；2-1-4：轴承；2-1-5：定子；2-1-6：永磁体；2-1-7：齿槽；2-2-1：连接板；2-2-2：导轨；2-2-3：次级轭；2-2-4：次级永磁体；2-2-5：底座；2-2-6：动子；2-2-7：动子座；2-2-8：滑块；2-2-9：内六角螺栓。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1-5，本发明实施例中，一种沿长轴大面离散分布多极对绕组的电机2，在结构形式上可分为沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机和沿大面离散分布多极对绕组的直线电机。所述沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机由n个单元旋转模块刚性连接。所述沿大面离散分布多极对绕组的直线电机由旋转单元拓扑展开，同时n个单元动子模块刚性连接。对于沿大面离散分布多极对绕组的直线电机，当动子绕组沿大面横向离散分布时，得到沿大面横向离散分布多极对绕组的直线电机，当动子绕组沿大面纵向离散分布时，得到沿大面纵向离散分布多极对绕组的直线电机。所述转子结构或定子结构上的绕组为多极对绕组，各单元模块的多极对绕组串联连接，受一个驱动器1驱动；因此各单元模块输出的转矩或推力相同。
所述单元旋转模块有n个，分别为第一单元模块3、第二单元模块4、直至第n单元模块5，n为常数。所述沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机，各单元旋转模块通过联轴器6、连接轴7刚性连接。所述沿大面离散分布多极对绕组的直线电机，各单元动子模块通过连接板2-2-1刚性连接。
如图1-2所示，转子结构通过轴承2-1-4安装在定子结构上。所述单元模块的转子结构包括转子2-1-1及其上安装的永磁体2-1-6，定子结构包括定子2-1-5和安装在其两端的端盖2-1-2，所述多极对绕组设置在定子上，组合形成一种沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机，其包括的多个单元旋转模块结构相同；进一步的，永磁体2-1-6粘贴于转子2-1-1，且上下永磁体的充磁方向相反；转子2-1-1两端由轴承2-1-4支撑。定子2-1-5绕组绕于定子2-1-5设有的齿槽2-1-7。端盖2-1-2位于定子2-1-5两端，同时限定轴承2-1-4轴向位移。定子2-1-5与永磁体2-1-6间存在气隙；定子三相绕组U相、V相、W相通过引线槽2-1-3引出；联轴器6将转子2-1-1和连接轴7连接。由于多极对绕组采用串联形式，每个单元旋转模块可以产生相同的扭矩。将这些单元旋转模块沿轴向分布，组成沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机，实现长轴多点绝对同步驱动，同时有效提高了长轴驱动的扭转刚度。
如图3所示，另一个发明实施例中，动子绕组沿大面横向分布，组成一种沿大面横向离散分布多极对绕组的直线电机。所述直线电机包含的动子结构和定子结构通过滑块2-2-8连接，滑块2-2-8在导轨2-2-2上做直线运动，导轨固定于定子结构底座。各单元动子模块通过连接板刚性连接，以保证运动过程中的绝对同步。
具体的，沿大面横向离散分布多极对绕组的直线电机由沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机拓扑展开，电机的运动由旋转变为直线。沿大面横向离散分布多极对绕组的直线电机的绕组连接方式：第一单元模块3、第二单元模块4、第n单元模块5通过连接板2-2-1刚性连接，连接板2-2-1通过内六角螺栓2-2-9与动子座2-2-7固定。每个单元模块固定部分由导轨2-2-2、次级轭2-2-3、次级永磁体2-2-4、底座2-2-5组成，运动部分由动子2-2-6、动子座2-2-7、滑块2-2-8组成。每个单元模块次级永磁体2-2-4在次级轭2-2-3依次排列，并且相邻次级永磁体充磁方向相反。动子2-2-6通过动子座2-2-7、滑块2-2-8安装于导轨2-2-2。动子2-2-6与动子座2-2-7通过内六角螺栓2-2-9连接。由于绕组采用串联形式，每个单元模块能够产生相同的推力，将这些单元模块按照一定距离沿直线排列，同时使用连接板把每个动子连接起来，组成大面横向离散分布多极对绕组的直线电机，有效提高直线电机的动态驱动刚度。
本发明实施例在实际应用中，如图4所示，动子绕组沿大面纵向分布，组成一种沿大面纵向离散分布多极对绕组的直线电机。
具体的，沿大面纵向离散分布多极对绕组的直线电机的绕组连接方式：第一单元模块3、第二单元模块4、第n单元模块5通过连接板2-2-1刚性连接，连接板2-2-1通过内六角螺栓2-2-9和动子座2-2-7固定。每个单元模块共用一个定子。每个单元模块固定部分由导轨2-2-2、次级轭2-2-3、次级永磁体2-2-4、底座2-2-5组成，运动部分由动子2-2-6、动子座2-2-7、滑块2-2-8组成。每个单元模块永磁体2-2-4依次排列，且相邻次级永磁体充磁方向相反。动子2-2-6通过动子座2-2-7、滑块2-2-8安装于导轨2-2-2。动子2-2-6与动子座2-2-7通过内六角螺栓2-2-9连接。由于绕组采用串联形式，每个单元模块能够产生相同的推力，将每个单元模块的初级部分放置于同一轨道，同时使用连接板将每个动子连接起来，组成大面纵向离散分布多极对绕组的直线电机，有效提高了直线电机的动态驱动刚度。
请参阅图1，本发明的另一个实施例中，所述转子结构为永磁体转子结构或金属导体转子结构。前者为沿长轴离散分布多极对绕组的永磁同步旋转电机，后者为沿长轴离散分布多极对绕组的交流异步旋转电机。
将旋转电机的转子结构拓扑展开，就得到沿大面离散分布多极对绕组的直线电机。定子为永磁体时，可以做成动绕组式永磁同步直线电机，定子为金属导体时，可以做成动绕组式交流异步直线电机。反过来，动子为永磁体时，可以做成定绕组式永磁同步直线电机；动子为金属导体时，可以做成定绕组式交流异步直线电机。
如图6所示，所述沿长轴大面离散分布多极对绕组电机的相绕组线圈之间采用星型或三角形连接方式，且各极对绕组线圈之间采用串联供电方式。
具体的，定子结构的绕组A1B1C1通电后在A1B1C1区域内产生一极对的旋转磁场Φ1，在Φ1作用下，转子结构对应部分受到电磁力矩而旋转。同理，定子绕组A2B2C2、AnBnCn通电后在相应区域分别产生一极对的旋转磁场Φ2、Φn，分别带动转子结构相应部分旋转。每多极对绕组单元通过相同电流，在绕组区域内产生相同的旋转磁场。
本发明的工作原理：传统的多极对绕组的旋转电机原理图如图6所示；定子结构的绕组A1B1C1通电后在A1B1C1区域内产生一极对的旋转磁场Φ1，在Φ1作用下，转子结构对应部分受到电磁力矩而旋转。同理，定子绕组A2B2C2、AnBnCn通电后在相应区域分别产生一极对的旋转磁场Φ2、Φn，分别带动转子结构相应部分旋转。每极对绕组通过相同电流，在绕组区域内产生相同的旋转磁场，因此，每极对绕组对转子结构产生大小相同、方向一致的力矩。若将n个极对绕组沿同一长轴进行轴向离散分布，且将每极对绕组在所分布的位置沿着周向对称布置，另外在每极对绕组相应的长轴上也布置一个转子结构，得到一个电机，就是沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机。更进一步，将沿长轴离散分布多极对绕组的旋转电机拓扑展开，就得到沿大面离散分布多极对绕组的直线电机。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
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