直线平板电机定子、直线平板电机、直线圆筒电机定子和直线圆筒电机

摘要

一方面，本发明提出一种高磁钢利用率的直线平板电机定子，分别属于两个相邻的定子模块的第一导磁块和第二导磁块的第二竖向导磁结构也构成定子凸级齿，使磁钢在所有定子齿中间隔放置的，与传统的磁通切换电机相比，磁钢用量减少一半，提高了磁钢的利用率。另一方面，本发明提出一种高磁钢利用率的直线圆筒电机定子，分别属于两个相邻的定子模块的第三导磁块和第四导磁块的第二径向导磁结构也构成定子凸级齿，使磁钢在所有定子齿中间隔放置的，与传统的磁通切换电机相比，磁钢用量减少一半，提高了磁钢的利用率。

说明书

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，尤其涉及直线平板电机定子、直线平板电机、一种直线圆筒电机定子和直线圆筒电机。

背景技术

传统的直线电机在初级导轨处铺设磁钢，导轨较长磁钢用量大。传统的磁钢切换电机每个定子凸级齿中都设置有磁钢，使用量大。两种情况均存在磁钢的利用率低。

发明内容

本发明的目的在于解决直线电机磁钢利用率低的问题，提出一种高磁钢利用率的直线平板电机定子和一种高磁钢利用率的直线圆筒电机定子。

第一方面，本发明提供一种直线平板电机定子，包括由第一定子模块、第二定子模块和第三定子模块中两种以上的定子模块的组合；第一定子模块包括从左向右依次连接的第一导磁块、第一磁钢和第二导磁块，第一磁钢的励磁方向向左；第二定子模块包括从左向右依次连接的第一导磁块、第二磁钢和第二导磁块，第二磁钢的励磁方向向右；第三定子模块包括从左向右依次连接的第一导磁块、第一磁障和第二导磁块，第一磁障由不导磁材料构成；第一导磁块和第二导磁块都包括在左右方向上贴合第一磁钢或第二磁钢或第一磁障的第一竖向导磁结构、在左右方向上远离第一磁钢或第二磁钢或第一磁障的第二竖向导磁结构和连接第一竖向导磁结构和第二竖向导磁结构的横向导磁结构；组合由第一定子模块、第二定子模块和第三定子模块中的两者构成时，两者从左向右交替排列，相邻的两个定子模块相互连接；组合由第一定子模块、第二定子模块和第三定子模块三者构成时，第一定子模块和第二定子模块从左向右交替排列，第一定子模块和与其相邻的第二定子模块之间设置有一个第三定子模块，相邻的两个定子模块相互连接。

在第一方面的第一种可能的实施方式中，横向导磁结构的左右两端连接在第一竖向导磁结构和第二竖向导磁结构的下端；定子模块左右对称；第一定子模块的横向导磁结构上侧设置有围绕第一磁钢的集中式绕组；第二定子模块的横向导磁结构上侧设置有围绕第二磁钢的集中式绕组；第三定子模块的横向导磁结构上侧设置有围绕第一磁障的集中式绕组。

在第一方面的第二种可能的实施方式中，横向导磁结构的左右两端连接在第一竖向导磁结构和第二竖向导磁结构在上下方向上的中间位置。

在第二种可能的实施方式的基础上，在第一方面的第三种可能的实施方式中，定子模块左右对称；定子模块上下对称；第一定子模块的横向导磁结构上下两侧都设置有围绕第一磁钢的集中式绕组；第二定子模块的横向导磁结构上下两侧都设置有围绕第二磁钢的集中式绕组；第三定子模块的横向导磁结构上下两侧都设置有围绕第一磁障的集中式绕组。

结合上述可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，第一磁钢、第二磁钢和第一磁障为长方体状，第一磁钢、第二磁钢和第一磁障的尺寸相同；第一竖向导磁结构、第二竖向导磁结构和横向导磁结构为长方体状，第一定子模块、第二定子模块和第三定子模块的导磁结构相同；第一竖向导磁结构在左右方向上的尺寸大于第一磁钢、第二磁钢和第一磁障在左右方向上的尺寸；相邻的两个定子模块的左右端面相互贴合；相邻的两个定子模块通过胶黏连接。

第二方面，本发明提供一种直线平板电机，包括上述第一方面提供的第三种可能的实施方式或第四种可能的实施方式中的直线平板电机定子，直线平板电机的动子包括分别设于直线平板电机定子上下侧的两个直线平板电机导轨。

在第二方面的一种可能的实施方式中，上下两侧的直线平板电机导轨的形状相同；直线平板电机导轨上设置有动子凸级齿；动子凸级齿的顶部在左右方向上的尺寸大于第一竖向导磁结构在左右方向上的尺寸；上下两侧的动子凸级齿在左右方向上的位置错开；直线平板电机定子上设置有五相线圈。

第三方面，本发明提供一种直线圆筒电机定子，包括由第四定子模块、第五定子模块和第六定子模块中两种以上的定子模块的组合；第四定子模块包括沿轴向依次连接的第三导磁块、第三磁钢和第四导磁块，第五定子模块包括沿轴向依次连接的第三导磁块、第四磁钢和第四导磁块，第三磁钢和第四磁钢的励磁方向与轴向平行，第三磁钢和第四磁钢的励磁方向相反；第六定子模块包括沿轴向依次连接的第三导磁块、第二磁障和第四导磁块，第二磁障由不导磁材料构成；第三导磁块和第四导磁块都包括贴合第三磁钢或第四磁钢或第二磁障的第一径向导磁结构、远离第三磁钢或第四磁钢或第二磁障的第二径向导磁结构和连接第一径向导磁结构和第二径向导磁结构的轴向导磁结构；组合由第四定子模块、第五定子模块和第六定子模块中的两者构成时，两者沿轴向交替排列，相邻的两个定子模块相互连接；组合由第四定子模块、第五定子模块和第六定子模块三者构成时，第四定子模块和第五定子模块沿轴向交替排列，第四定子模块和与其相邻的第五定子模块之间设置有一个第三定子模块，相邻的两个定子模块相互连接。

在第三方面的第一种可能的实施方式中，轴向导磁结构的内侧设置有绕组。

在第三方面的第二种可能的实施方式中，轴向导磁结构的内外两侧都设置有绕组。结合上述可能的实施方式，定子模块为旋转体；第三磁钢、第四磁钢和第二磁障是截面为长方形的旋转体，第一径向导磁结构、第二径向导磁结构和轴向导磁结构是截面为长方形的旋转体；

第四方面，本发明提供一种直线圆筒电机，包括第三方面第二种可能的实施方式中的直线圆筒电机定子，直线圆筒电机的动子包括分别设于直线圆筒电机定子的内外侧的两个直线圆筒电机导轨。

本发明提供的直线平板电机定子中，定子模块中的第一竖向导磁结构和第一磁钢或第二磁钢或第一磁障构成定子凸级齿，而且，相邻的定子模块连接后，分别属于两个相邻的定子模块的第一导磁块和第二导磁块的第二竖向导磁结构也构成定子凸级齿，作为冗余齿发挥作用，则磁钢在所有定子凸级齿中是间隔放置的，与传统的磁通切换电机相比，磁钢用量减少一半，提高了磁钢的利用率。通过冗余齿的设计，单个模块在定子侧磁路上也是相互独立的，一个模块的损坏不会影响其他模块的磁路。因此可靠性得到提高。

本发明提供的直线平板电机，采用本发明提供的平板电机定子，减少了磁钢用量，提高磁钢利用率。

本发明提供的直线圆筒电机定子中，定子模块中的第一径向导磁结构和第三磁钢或第四磁钢或第二磁障构成定子凸级齿，而且，相邻的定子模块连接后，分别属于两个相邻的定子模块的第三导磁块和第四导磁块的第二径向导磁结构也构成定子凸级齿，作为冗余齿发挥作用，则磁钢在所有定子凸级齿中是间隔放置的，与传统的磁通切换电机相比，磁钢用量减少一半。通过冗余齿的设计，单个模块在定子侧磁路上也是相互独立的，一个模块的损坏不会影响其他模块的磁路。因此可靠性得到提高。

本发明提供的直线圆筒电机，采用本发明提供的圆筒电机定子，减少了磁钢用量，提高磁钢利用率，尤其适合低成本场合。

附图说明

图1是本发明提供的第一定子模块、第二定子模块和第三定子模块的一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明提供的第一定子模块、第二定子模块和第三定子模块的另一种实施方式的结构示意图；

图3是本发明提供的直线平板电机定子的第一种定子模块组合方式的结构示意图；

图4是本发明提供的直线平板电机定子的第二种定子模块组合方式的结构示意图；

图5是本发明提供的直线平板电机定子的第三种定子模块组合方式的结构示意图；

图6是本发明提供的直线平板电机定子的第四种定子模块组合方式的结构示意图；

图7是本发明提供的直线平板电机的一种实施方式的结构示意图；

图8显示本发明提供的直线平板电机的一种实施方式产生的五相反电动势电压；

图9显示本发明提供的直线平板电机的一种实施方式中两个导轨上的定位力矩；

图10显示本发明提供的直线平板电机的一种实施方式的最终出力；

图11是本发明提供的第四定子模块、第五定子模块和第六定子模块的一种实施方式的结构示意图；

图12是本发明提供的直线圆筒电机定子的一种定子模块组合方式的结构示意图；

图13是本发明提供的直线圆筒电机的一种实施方式的结构示意图；

附图标记说明：

100、第一定子模块；110、第一磁钢；200、第二定子模块；210、第二磁钢；300、第三定子模块；310、第一磁障；400、第四定子模块；410、第三磁钢；500、第五定子模块；510、第四磁钢；600、第六定子模块；610、第二磁障；710、第一导磁块；711、第一竖向导磁结构；712、第二竖向导磁结构；713、横向导磁结构；720、第二导磁块；730、第三导磁块；731、第一径向导磁结构；732、第二径向导磁结构；733、轴向导磁结构；740、第四导磁块；800、直线平板电机导轨；900、直线圆筒电机导轨

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。应理解，所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而并不用于限定本发明。文中的诸如第一、第二等用语仅用来对一个实体(或操作)与另一个实体(或操作)进行区分，而不表示这些实体(或操作)之间存在任何关系或顺序；另外，文中的诸如上、下、左、右、前、后等表示方向或方位的用语，仅表示相对的方向或方位，而非绝对的方向或方位。在没有额外限制的情况下，由语句“包括”限定的要素，不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在其他要素。

请参看图1至图6，第一方面，本发明提供一种直线平板电机定子，其特征在于，包括由第一定子模块100、第二定子模块200和第三定子模块300中两种以上的定子模块的组合；

第一定子模块100包括从左向右依次连接的第一导磁块710、第一磁钢110和第二导磁块720，第一磁钢110的励磁方向向左；第二定子模块200包括从左向右依次连接的第一导磁块710、第二磁钢210和第二导磁块720，第二磁钢210的励磁方向向右；第三定子模块300包括从左向右依次连接的第一导磁块710、第一磁障310和第二导磁块720，第一磁障310由不导磁材料构成；

第一导磁块710和第二导磁块720都包括在左右方向上贴合第一磁钢110或第二磁钢210或第一磁障310的第一竖向导磁结构711、在左右方向上远离第一磁钢110或第二磁钢210或第一磁障310的第二竖向导磁结构712和连接第一竖向导磁结构711和第二竖向导磁结构712的横向导磁结构713；

请参看图3-图5，组合由第一定子模块100、第二定子模块200和第三定子模块300中的两者构成时，两者从左向右交替排列，相邻的两个定子模块相互连接；

请参看图6，组合由第一定子模块100、第二定子模块200和第三定子模块300三者构成时，第一定子模块100和第二定子模块200从左向右交替排列，第一定子模块100和与其相邻的第二定子模块200之间设置有一个第三定子模块，相邻的两个定子模块相互连接。

本发明提供的直线平板电机定子中，定子模块中的第一竖向导磁结构711和第一磁钢110或第二磁钢210或第一磁障310构成定子凸级齿，而且，相邻的定子模块连接后，分别属于两个相邻的定子模块的第一导磁块710和第二导磁块720的第二竖向导磁结构712也构成定子凸级齿(例如，一个第一定子模块100和一个第二定子模块200相邻，其中，第一定子模块100位于第二定子模块200的左侧，则这两个定子模块连接后，第一定子模块100的第二导磁块720的第二竖向导磁结构712和第二定子模块200的第一导磁块710的第二竖向导磁结构712构成一个凸级齿)，并作为冗余齿发挥作用，则磁钢在所有定子齿中是间隔放置的，与传统的磁通切换电机相比，磁钢用量减少一半。通过冗余齿的设计，单个模块在定子侧磁路上也是相互独立的，一个模块的损坏不会影响其他模块的磁路。因此可靠性得到提高。

本文中的左右方向是指直线平板电机的动子的运动方向。

直线平板电机定子左右两端可以为第一定子模块100或第二定子模块200或第三定子模块300；两端的定子模块可以相同，也可以不同。

请参看图1，在第一种可选的实施方式中，横向导磁结构713的左右两端连接在第一竖向导磁结构711和第二竖向导磁结构712的下端；定子模块左右对称；第一定子模块的横向导磁结构713上侧设置有围绕第一磁钢110的集中式绕组；第二定子模块的横向导磁结构713上侧设置有围绕第二磁钢210的集中式绕组；第三定子模块的横向导磁结构713上侧设置有围绕第一磁障310的集中式绕组。

相邻的两个绕组线圈之间通过冗余齿的结构形成屏障，达到电路上的隔离效果，提高电机的可靠性。

请参看图2，在第二种可选的实施方式中，横向导磁结构713的左右两端连接在第一竖向导磁结构711和第二竖向导磁结构712在上下方向上的中间位置。

采用第二种可选的实施方式，可以在上下两侧都形成定子凸级齿，在采用该定子的电机中，可以与设置于上下两侧的动子导轨配合。

可选的，第一定子模块100、第二定子模块200和第三定子模块300可以为左右对称，上下对称的结构。

具体的，第一磁钢110、第二磁钢210和第一磁障310为长方体状，第一磁钢110、第二磁钢210和第一磁障310的尺寸相同；

第一竖向导磁结构711、第二竖向导磁结构712和横向导磁结构713为长方体状，第一定子模块100、第二定子模块200和第三定子模块的导磁结构相同。

则，左右方向上每两个相邻的定子凸级齿之间的间隔相同。

可选的，第一定子模块的横向导磁结构713上下两侧都设置有围绕第一磁钢110的集中式绕组；第二定子模块的横向导磁结构713上下两侧都设置有围绕第二磁钢210的集中式绕组；第三定子模块的横向导磁结构713上下两侧都设置有围绕第一磁障310的集中式绕组。

采用上述的具体结构，第一定子模块100旋转后即可作为第二定子模块200使用。

可选的，第一竖向导磁结构711在左右方向上的尺寸大于第一磁钢110、第二磁钢210和第一磁障310在左右方向上的尺寸。

可选的，相邻的两个定子模块的左右端面相互贴合。

可选的，相邻的两个定子模块通过胶黏连接。

请参看图7，第二方面，本发明提供一种直线平板电机，包括采用上述第二种可能的实施方式的直线平板电机定子；直线平板电机的动子包括分别设于直线平板电机定子上下侧的两个直线平板电机导轨800。

在上下两侧的集中式绕组的线圈并联的情况下，如果一侧绕组或导轨出现故障，另一侧的绕组仍然可以继续作业，提高电机的可靠性。

请参看图8，可选的，直线平板电机定子上设置有五相线圈。由于各相电压的正弦波动，各相电压的出力也是波动的。通过设置五相线圈，可以更多地抵消各相线圈对动子的出力波动，降低总的转矩脉动。

可选的，上下两侧的直线平板电机导轨800的形状相同。

可选的，直线平板电机导轨800上设置有动子凸级齿，不放置磁钢。可以使电机结构更加简单、可靠，降低加工成本。

可选的，动子凸级齿的顶部在左右方向上的尺寸大于第一竖向导磁结构711在左右方向上的尺寸。

可选的，上下两侧的动子凸级齿在左右方向上的位置错开。具体的，上下两侧的动子凸级齿在左右方向上错开的距离为所述动子凸级齿在左右方向上的间隔距离的一半。

请参看图9，在定子模块为上下左右对称的情况下，上下两个直线平板电机导轨800之间的位置偏差造成上下两个直线平板电机导轨800的定位力矩相差180°，相位相反，两者叠加后部分抵消，形成较低的总定位力矩。

通过错开设置的动子凸级齿，可以降低转矩脉动。

请参看图10，在采用上下对称的定子模块，结构相同，并错开设置的上下动子导轨，以及五相绕组的情况下，总的转矩脉动维持在一个较低的水平。

请参看图11和图12，第三方面，本发明提供一种直线圆筒电机定子，包括由第四定子模块400、第五定子模块500和第六定子模块600中两种以上的定子模块的组合；

第四定子模块400包括沿轴向依次连接的第三导磁块730、第三磁钢410和第四导磁块740，第五定子模块500包括沿轴向依次连接的第三导磁块730、第四磁钢510和第四导磁块740，第三磁钢410和第四磁钢510的励磁方向与轴向平行，第三磁钢410和第四磁钢510的励磁方向相反；第六定子模块600包括沿轴向依次连接的第三导磁块730、第二磁障610和第四导磁块740，第二磁障610由不导磁材料构成；

第三导磁块730和第四导磁块740都包括贴合第三磁钢410或第四磁钢510或第二磁障610的第一径向导磁结构731、远离第三磁钢410或第四磁钢510或第二磁障610的第二径向导磁结构732和连接第一径向导磁结构731和第二径向导磁结构732的轴向导磁结构733；

组合由第四定子模块400、第五定子模块500和第六定子模块600中的两者构成时，两者沿轴向交替排列，相邻的两个定子模块相互连接；

组合由第四定子模块400、第五定子模块500和第六定子模块600三者构成时，第四定子模块400和第五定子模块500沿轴向交替排列，第四定子模块400和与其相邻的第五定子模块500之间设置有一个第三定子模块，相邻的两个定子模块相互连接。

本发明提供的直线圆筒电机定子中，定子模块中的第一径向导磁结构731和第三磁钢410或第四磁钢510或第二磁障610构成定子凸级齿，而且，相邻的定子模块连接后，分别属于两个相邻的定子模块的第三导磁块730和第四导磁块740的第二径向导磁结构732也构成定子凸级齿，作为冗余齿发挥作用，则磁钢在所有定子齿中是间隔放置的，与传统的磁通切换电机相比，磁钢用量减少一半。通过冗余齿的设计，单个模块在定子侧磁路上也是相互独立的，一个模块的损坏不会影响其他模块的磁路。因此可靠性得到提高。

可选的，第四定子模块400、第五定子模块500和第六定子模块600为旋转体；

可选的，第三磁钢410、第四磁钢510和第二磁障610是截面为长方形的旋转体，第一径向导磁结构731、第二径向导磁结构732和轴向导磁结构733是截面为长方形的旋转体；

在第三方面的第一种可能的实施方式中，轴向导磁结构733在轴向上的两端连接在第一径向导磁结构731和第二径向导磁机构732的内端和外端中的一端。对应的，轴向导磁机构733的内侧或外侧设置有绕组。

在第三方面的第二种可能的实施方式中，轴向导磁结构733在轴向上的两端连接在第一径向导磁结构731和第二径向导磁结构732在径向上的中间位置，轴向导磁结构733的内外两侧都设置有绕组。

可选的，第四定子模块400、第五定子模块500和第六定子模块600轴向对称。

具体的，相邻的两个定子模块的两个轴向端面相互贴合。

请参看图13，第四方面，本发明提供一种直线圆筒电机，包括上述直线圆筒电机定子，直线圆筒电机的动子包括分别设于直线圆筒电机定子的内外侧的两个直线圆筒电机导轨900。

本发明提供的直线圆筒电机，采用本发明提供的圆筒电机定子，减少了磁钢用量。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。