一种采用交替变化齿形的平板型永磁直线电机

本发明属于电机，具体涉及一种采用交替变化齿形的平板型永磁直线电机。

背景技术：

1、平板型永磁直线电机具有推力密度高、控制精度高、免维护等特点，在航空航天、国防武器、高技术船舶、机器人等领域具有广泛的应用。

2、对于传统的平板型永磁直线电机，定子铁心多采用等齿宽、有齿形的结构(如图1所示)。由于齿形的存在，槽口宽度较小，电机的漏磁较少，空载主磁通较大，因而在磁路没有达到饱和的线性段，电机推力特性好，推力密度高。但是，在推力高过载区，由于槽口宽度很小，电枢反应使得电机磁路过度饱和，推力-电流特性曲线呈现严重的非线性，非线性度激增，因此在限定的峰值电流下，峰值推力常常达不到要求。

3、平板型永磁直线电机是一种特殊的永磁电机，其特点是大推力输出，因此过载能力(即过载推力与额定推力的比值)是一项重要的性能指标。为了提高过载能力，平板型永磁直线电机多采用等齿宽、无齿形的直齿结构(如图2所示)。由于该结构具有较大的槽口宽度，能够有效抑制高过载时由电枢反应所带来的磁路饱和，因而可以显著提高平板型永磁直线电机的峰值推力，提高直线电机的过载能力。然而，槽口过宽会导致电机动子永磁体产生的漏磁较大，空载主磁通减小，因此在电机推力-电流特性曲线的线性段，推力性能比较差，降低了电机的推力密度。具体来讲，传统平板型永磁直线电机的推力-电流特性曲线如图3所示：

4、(1)在磁路非饱和区(磁路未饱和区)，有齿形的平板型永磁直线电机具有较大的推力/电流比和推力密度，而直齿结构的平板型永磁直线电机的推力密度相对偏低；

5、(2)在磁路饱和区(即绕组电流较大)时，有齿形的平板型永磁直线电机呈现严重的饱和特性，推力/电流比急剧减小；相比之下，直齿结构的平板型永磁直线电机呈现出更优越的过载能力。

6、目前，平板型永磁直线电机的定子齿结构要么都有齿形，要么全是无齿形的直齿结构，无法同时兼顾非饱和区的推力密度和高饱和区的过载能力这两项指标，在一定程度上限制了平板型永磁直线电机在特殊领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了将有齿形结构的平板型永磁直线电机的性能优势与无齿形的直齿结构的平板型永磁直线电机性能优势结合起来，形成一种交替变化齿形的平板型永磁直线电机。

2、本发明所提出的采用交替变化齿形的平板型永磁直线电机，采用交替变化齿形的定子齿结构，对不同的齿结构进行了整合；其中，一部分带有齿形的齿结构可以在磁路未饱和时弥补采用直齿推力密度低的不足，而另一部分直齿结构可以在磁路达到饱和时弥补采用有齿形的齿结构过载能力差的不足，两种齿结构互为补充。因此，该交替变化齿形的定子齿结构能够使平板型永磁直线电机在磁路饱和与不饱和的情况下的推力特性得到较好的平衡。

3、本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下：

4、一种采用交替变化齿形的平板型永磁直线电机，所述平板型永磁直线电机的定子铁心的单个定子齿为组合齿，组合齿由直齿和有齿形的齿构成，直齿和有齿形的齿沿z轴方向交替设置并制为一体。

5、进一步的是，在所述单个定子齿的直齿沿z轴方向的一侧面设置有安装槽，有齿形的齿嵌入安装槽内并制为一体，直齿和有齿形的齿在z轴方向上的所述一侧面平齐；或者，在所述单个定子齿的有齿形的齿沿z轴方向的一侧面设置有安装槽，直齿嵌入于安装槽内并制为一体，直齿和有齿形的齿在z轴方向上的所述一侧面平齐。

6、进一步的是，所述定子铁心的组合齿包括四种结构形式，分别是组合齿一、组合齿二、组合齿三、组合齿四，定子铁心沿x轴方向的相邻两个定子齿结构相同，并是组合齿一、组合齿二、组合齿三、组合齿四中的任意一种。

7、进一步的是，所述定子铁心的组合齿包括四种结构形式，分别是组合齿一、组合齿二、组合齿三、组合齿四，定子铁心沿x轴方向的相邻两个定子齿结构不同，并沿x轴方向交替设置，所述相邻两个定子齿是组合齿一、组合齿二、组合齿三、组合齿四中的任意两种组合。

8、进一步的是，所述定子铁心的组合齿包括四种结构形式，分别是组合齿一、组合齿二、组合齿三、组合齿四，定子铁心沿x轴方向的相邻两个定子齿结构不同，并沿x轴方向交替设置，其中一个定子齿为直齿，另一个定子齿为组合齿一、组合齿二、组合齿三、组合齿四中的任意一种。

9、进一步的是，组合齿一的结构为：在所述单个定子齿的直齿沿z轴方向的一侧面的二分之一位置设置有所述安装槽，有齿形的齿嵌入安装槽内并制为一体；

10、组合齿二的结构为：在所述单个定子齿的有齿形的齿沿z轴方向的一侧面的二分之一位置设置有所述安装槽，直齿嵌入于安装槽内并制为一体；

11、组合齿三的结构为：在所述单个定子齿的直齿沿z轴方向的一侧面中部设置有所述安装槽，安装槽位于直齿所述一侧面的四分之二至四分之三处，有齿形的齿嵌入安装槽内并制为一体；

12、组合齿四的结构为：在所述单个定子齿的有齿形的齿沿z轴方向的一侧面中部设置有所述安装槽，安装槽位于有齿形的齿所述一侧面的四分之二至四分之三处，直齿嵌入于安装槽内并制为一体。

13、进一步的是，有齿形的齿包括以下六种结构形式：

14、第1种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过竖直面连接；

15、第2种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过水平面和竖直面连接，等腰梯形齿的腰面为向内凹的圆弧面。

16、第3种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过竖直面连接，等腰梯形齿的腰面为向内凹的圆弧面。

17、第4种结构：与第2种结构相同，只是等腰梯形齿的下底面大于第2种结构的等腰梯形齿的下底面。

18、第5种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过竖直面连接，等腰梯形齿的下底面中部沿z轴方向设有通槽。

19、第6种结构：有齿形的齿由直齿和不等腰梯形齿组成，直齿下端与不等腰梯形齿的上底面制为一体，不等腰梯形齿的一侧腰面与下底面之间通过竖直面连接，不等腰梯形齿的另一侧腰面为v形面，v形面的开口朝向x轴方向设置，v形面与下底面之间通过竖直面连接。

20、一种采用交替变化齿形的平板型永磁直线电机，所述平板型永磁直线电机的定子铁心沿x轴方向的相邻两个定子齿结构不同，并沿x轴方向交替设置，其中一个定子齿为直齿，另一个定子齿为有齿形的齿。

21、进一步的是，有齿形的齿包括以下六种结构形式：

22、第1种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过竖直面连接；

23、第2种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过水平面和竖直面连接，等腰梯形齿的腰面为向内凹的圆弧面。

24、第3种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过竖直面连接，等腰梯形齿的腰面为向内凹的圆弧面。

25、第4种结构：与第2种结构相同，只是等腰梯形齿的下底面大于第2种结构的等腰梯形齿的下底面。

26、第5种结构：有齿形的齿由直齿和等腰梯形齿组成，直齿下端与等腰梯形齿的上底面制为一体，等腰梯形齿的腰面与下底面之间通过竖直面连接，等腰梯形齿的下底面中部沿z轴方向设有通槽。

27、第6种结构：有齿形的齿由直齿和不等腰梯形齿组成，直齿下端与不等腰梯形齿的上底面制为一体，不等腰梯形齿的一侧腰面与下底面之间通过竖直面连接，不等腰梯形齿的另一侧腰面为v形面，v形面的开口朝向x轴方向设置，v形面与下底面之间通过竖直面连接。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1.相对于单纯采用带有齿形的齿结构，采用本发明提出的交替变化齿形结构，由于部分直齿结构的存在，总体槽口更宽，能够使平板型直线电机在磁路饱和状态下的推力性能更好；

30、2.相对于单纯采用直齿结构，采用本发明提出的交替变化齿形结构，由于部分齿形的存在，能够使平板型直线电机在磁路没有饱和状态下的推力性能更好；

31、3.本发明提出的交替变化的齿形结构同时兼顾了磁路未饱和状态和磁路饱和状态两种情况下平板型直线电机的推力特性，整体提升了电机的性能，扩展了电机的应用范围。