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CN102570734A - 高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法 - Google Patents

高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法 Download PDF

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CN102570734A CN2012100180838A CN201210018083A CN102570734A CN 102570734 A CN102570734 A CN 102570734A CN 2012100180838 A CN2012100180838 A CN 2012100180838A CN 201210018083 A CN201210018083 A CN 201210018083A CN 102570734 A CN102570734 A CN 102570734A
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Abstract

本发明涉及一种高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法，直线旋转步进电机定子铁芯有P对极，定子铁芯由两种硅钢片叠加而成，先以M型硅钢片叠压1片的极齿形成第一磁极对；然后叠压N型硅钢片1片同时形成第一磁极齿对和相邻的第二磁极齿对，再按第一次叠片位置旋转一个极距叠压1片M型硅钢片作为第二磁极齿对，一直完成第P磁极对的定子磁极叠压，并满足定子铁芯长度；此方法适用于高起动直线推力的圆筒型直线旋转步进磁阻电机的定子设计与成型技术。这种定子既可作为常规圆筒式直线磁阻步进电机的定子，也适用于直线旋转磁阻步进电机的定子。结构方法简单，又可大幅度提高直线起动推力。

Description

高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法
技术领域
本发明涉及一种定子结构设计，特别涉及一种高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法。
背景技术
现有的单片旋转叠压技术形成的径向磁场圆筒形直线步进电机和直线旋转步进电机的磁路结构，其定子的每一个截面有2P个磁极，只能有1对极为齿，定子齿距为转子齿距的（P-1）倍，因此直线起动推力较小。
发明内容
本发明是针对现在直线步进电机直线起动推力小的问题，提出了一种高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法，可在的2P个磁极的定子截面产生2对为极齿的极。定子齿距和转子齿距、槽距相等。这样在电机其他参数相同的条件下，可大幅度提高直线起动推力，对广泛推广此类电机的应用有极其重要的意义。
本发明的技术方案为：一种高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法，具体包括如下步骤：
1）直线步进电机定子铁芯有P对极，由两种硅钢片叠加而成，一种M型硅钢片包括定子轭、定子磁极、1对极齿和（P-1）对极槽；另一种N型硅钢片包括定子轭、定子磁极、2对极齿和（P-2）对极槽；M型硅钢片和N型硅钢片的极齿和极槽的形状相同，内径大的极弧形成定子铁芯的极槽，内径小的极弧形成定子铁芯的极齿；
2）径向磁场直线步进电机定子铁芯的定子极齿、极槽排列规则为：定子各个磁极的极齿、极槽沿定子轴向依次排列，极槽、极齿的宽度满足以下公式：定子轴向极齿距为                                                
Figure 59277DEST_PATH_IMAGE002
，定子轴向极齿宽
Figure 2012100180838100002DEST_PATH_IMAGE003
，极槽宽
Figure 976417DEST_PATH_IMAGE004
；极齿宽
Figure 67739DEST_PATH_IMAGE006
；
3）定子各磁极的极槽硅钢片片数为
Figure 462948DEST_PATH_IMAGE008
、极齿的硅钢片片数为
Figure 339637DEST_PATH_IMAGE010
：硅钢片的厚度为
Figure 975149DEST_PATH_IMAGE012
，定子极槽的硅钢片片数
Figure 242182DEST_PATH_IMAGE014
、极齿的硅钢片片数为
Figure 503399DEST_PATH_IMAGE016
；
4）双片旋转错位叠压，根据定子磁极对数P进行：
第一步：用M型硅钢片一片的1对极齿形成定子的第一对极齿；
第二步：用N型硅钢片一片叠于第一步M型硅钢片之上，N型硅钢片的2对极齿继续形成第一对极齿，同时形成顺时针相邻的第二对极齿； 
第三步：用M型硅钢片一片较第一步顺时针转过一个极距，叠于第二步N型硅钢片之上，M型硅钢片的1对极齿，继续形成定子的第二对极齿；
第四步：用N型硅钢片一片较第二步顺时针转过一个极距，叠于第三步M型硅钢片之上，N型硅钢片的2对极齿继续形成第二对极齿，同时形成顺时针相邻的第三对极齿；
第五步：用M型硅钢片一片较第三步顺时针转过一个极距，叠于第四步N型硅钢片之上，M型硅钢片的1对极齿，继续形成定子的第三对极齿；
第六步：用N型硅钢片一片较第四步顺时针转过一个极距，叠于第五步M型硅钢片之上，N型硅钢片的2对极齿继续形成第三对极齿，依次类推，直到M型硅钢片位置回到第一步的位置，完成一次旋转，每次旋转的角度θ为一个极距，即
Figure 172278DEST_PATH_IMAGE018
；
5）重复步骤4）直到满足定子的铁芯的长度要求。
本发明的有益效果在于：本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法，适用于高起动直线推力的圆筒型直线旋转步进磁阻电机的定子设计与成型技术。这种定子既可作为常规圆筒式直线磁阻步进电机的定子，也适用于直线旋转磁阻步进电机的定子。可大幅度提高直线起动推力，是一种结构方法简单，适用广泛的高起动直线推力新型定子成形技术。
附图说明
图1为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子铁芯结构图；
图2为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法中M型铁芯叠片结构图；
图3为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法中N型铁芯叠片结构图；
图4为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法第一步AA、磁极为极齿的叠压位置图；
图5为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法第二步AA、和BB、磁极为极齿的叠压与其他磁极为极槽结构图；
图6为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法第三步BB、磁极为极齿的叠压与其他磁极为极槽结构图；
图7为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法第四步BB、和CC、磁极为极齿的叠压与其他磁极为极槽结构图；
图8为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法第五步CC、磁极为极齿的叠压与其他磁极为极槽结构图；
图9为本发明高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法第六步CC、和AA、为极齿的叠压与其他磁极为极槽结构图。
具体实施方式
高起动直线推力径向磁场的圆筒形直线步进电机或径向磁场的直线旋转步进电机的定子铁芯叠片结构如图1所示。该定子铁芯是由两种结构形状不同的硅钢片采用双片旋转错位叠压技术形成，其定子结构有定子轭、定子磁极、定子齿构成，如图1所示。形成高起动直线推力的径向磁场直线步进电机定子铁芯的两种叠片结构形状为M型如图2、N型图3所示。
定子铁芯磁极轴向齿槽参数计算方法：
1）定子轴向槽宽：计算式为
Figure 231556DEST_PATH_IMAGE022
  （1），式中，
Figure 968568DEST_PATH_IMAGE024
为磁极轴向长度；Z为定子每极齿数。 
2）定子轴向齿宽
Figure 554270DEST_PATH_IMAGE026
：计算式为
Figure 984114DEST_PATH_IMAGE006
 （2），式中，
Figure 38789DEST_PATH_IMAGE028
为齿距。 
定子铁芯磁极轴向齿槽排列规则：径向磁场直线步进电机定子铁芯的齿槽排列规则为：各个磁极的齿、槽沿定子极靴表面轴向一齿一槽依次排列，且槽的宽度
Figure 313912DEST_PATH_IMAGE030
满足公式（1），齿的宽度
Figure 19700DEST_PATH_IMAGE032
满足公式（2）。 
采用双片旋转错位叠压法的定子硅钢片的形状：采用双片旋转错位叠压法制造径向磁场直线步进电机定子铁芯，定子叠片必需设计成两种结构形状，图2、图3所示。图2、图3为组成定子所用的两种铁芯钢片，即M、N型叠片图。
采用双片旋转错位叠压法制造径向磁场直线步进电机定子铁芯定子的叠片有P对极，两种不同的结构形式的叠片。其中M型叠片只有1对极是极齿，其余极是极槽，M型叠片如图2所示。图2中P=3，6个磁极分别为、
Figure 83788DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 474187DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 972165DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 806128DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 756767DEST_PATH_IMAGE044
，形成三个极对，分别为： 
Figure 639272DEST_PATH_IMAGE046
极对为极齿对，
Figure 804805DEST_PATH_IMAGE048
、
Figure 747354DEST_PATH_IMAGE050
极对为极槽对。N型叠片只有2对极是极齿，其余是极槽，如图3所示。图3中6个磁极分别为、
Figure 668222DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 452376DEST_PATH_IMAGE056
、、、
Figure 777681DEST_PATH_IMAGE062
，形成三个极对。分别为：
Figure 839178DEST_PATH_IMAGE064
极对和极对为极齿对，
Figure 349105DEST_PATH_IMAGE068
极对为极槽对。每一对磁极的形状相同，即
Figure 377104DEST_PATH_IMAGE034
极与
Figure 621004DEST_PATH_IMAGE040
极相同，极与
Figure 2012100180838100002DEST_PATH_IMAGE069
极相同、
Figure 22084DEST_PATH_IMAGE038
极与
Figure 650511DEST_PATH_IMAGE044
极相同。内径大的极弧形成定子铁芯的极槽，如
Figure 2012100180838100002DEST_PATH_IMAGE071
，内径小的极弧形成定子铁芯的极齿，如
Figure 2012100180838100002DEST_PATH_IMAGE073
。 
采用双片旋转错位叠压法形成定子轴向齿、槽宽度是利用硅钢片厚度通过计算得出，需要分别计算出定子轴向弧形齿的硅钢片数为
Figure 2012100180838100002DEST_PATH_IMAGE075
、定子轴向弧形槽的硅钢片数为
Figure 765229DEST_PATH_IMAGE077
和一次旋转的机械角度
Figure 188120DEST_PATH_IMAGE079
，其计算方法如下：
1）定轴向弧形齿的硅钢片数
Figure 575239DEST_PATH_IMAGE075
的其计算式为：
Figure 945040DEST_PATH_IMAGE081
（3）,式中，D为硅钢片的厚度；
2) 定轴向弧形槽的硅钢片数的其计算式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
 (4), 式中，D为硅钢片的厚度； 
3）一次旋转角度的计算为：
Figure 209537DEST_PATH_IMAGE018
 （5），式中，为以机械角度表示的极距。
形成定子轴向齿槽的双片旋转错位叠压法：对于径向磁场圆筒形直线步进电机和直线旋转步进电机，旋转错位叠压法根据定子磁极对数P进行。其方法步骤为包括：
第一步：电机定子P对极（P=3）为AA、、BB、、CC、，以M型硅钢片一片的
Figure 428477DEST_PATH_IMAGE046
极对与定子的AA、极对齐，对定子AA、极对为极齿进行叠压，如图4所示；
第二步：以N型硅钢片一片的
Figure 601970DEST_PATH_IMAGE064
极对和
Figure 612651DEST_PATH_IMAGE066
极对与定子的AA、、BB、极对对齐，对定子的AA、、BB、极对为极齿进行叠压，如图5所示；
第三步：以M型硅钢片一片的极对与定子的BB、极对齐，较第一步顺时针旋转一个极距，对BB、极对为极齿进行叠压，如图6所示；
第四步：以N型硅钢片一片的a-a,极对和b-b,极对与定子的BB、、CC、极对对齐，较第二步顺时针旋转一个极距，对定子的BB、、CC、极对为齿进行叠压，如图7所示；
第五步：以M型硅钢片一片的
Figure DEST_PATH_IMAGE088
极对与定子的CC、极对齐，较第三步顺时针旋转一个极距，对CC、极对为极齿进行叠压，如图8所示；
第六步：以N型硅钢片一片的a-a,极对和b-b,极对与定子的CC、、AA、极对对齐，较第四步顺时针旋转一个极距，对定子的CC、、AA、极对为极齿进行叠压；经过以上六步完成一个齿距的叠压，如图9所示。
第七步：重复以上六步
Figure 954508DEST_PATH_IMAGE028
次，即满足定子的铁芯的长度要求。

Claims (1)

1.一种高起动推力径向磁场直线旋转电机定子双片叠压法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）直线步进电机定子铁芯有P对极，由两种硅钢片叠加而成，一种M型硅钢片包括定子轭、定子磁极、1对极齿和（P-1）对极槽；另一种N型硅钢片包括定子轭、定子磁极、2对极齿和（P-2）对极槽；M型硅钢片和N型硅钢片的极齿和极槽的形状相同，内径大的极弧形成定子铁芯的极槽，内径小的极弧形成定子铁芯的极齿；
2）径向磁场直线步进电机定子铁芯的定子极齿、极槽排列规则为：定子各个磁极的极齿、极槽沿定子轴向依次排列，极槽、极齿的宽度满足以下公式：定子轴向极齿距为                                                
Figure 923321DEST_PATH_IMAGE002
，定子轴向极齿宽
Figure 2012100180838100001DEST_PATH_IMAGE003
，极槽宽
Figure 8826DEST_PATH_IMAGE004
；极齿宽
Figure 936331DEST_PATH_IMAGE006
；
3）定子各磁极的极槽硅钢片片数为
Figure 888238DEST_PATH_IMAGE008
、极齿的硅钢片片数为
Figure 845567DEST_PATH_IMAGE010
：硅钢片的厚度为
Figure 95283DEST_PATH_IMAGE012
，定子极槽的硅钢片片数、极齿的硅钢片片数为
Figure 265681DEST_PATH_IMAGE016
；
4）双片旋转错位叠压，根据定子磁极对数P进行：
第一步：用M型硅钢片一片的1对极齿形成定子的第一对极齿；
第二步：用N型硅钢片一片叠于第一步M型硅钢片之上，N型硅钢片的2对极齿继续形成第一对极齿，同时形成顺时针相邻的第二对极齿； 
第三步：用M型硅钢片一片较第一步顺时针转过一个极距，叠于第二步N型硅钢片之上，M型硅钢片的1对极齿，继续形成定子的第二对极齿；
第四步：用N型硅钢片一片较第二步顺时针转过一个极距，叠于第三步M型硅钢片之上，N型硅钢片的2对极齿继续形成第二对极齿，同时形成顺时针相邻的第三对极齿；
第五步：用M型硅钢片一片较第三步顺时针转过一个极距，叠于第四步N型硅钢片之上，M型硅钢片的1对极齿，继续形成定子的第三对极齿；
第六步：用N型硅钢片一片较第四步顺时针转过一个极距，叠于第五步M型硅钢片之上，N型硅钢片的2对极齿继续形成第三对极齿，依次类推，直到M型硅钢片位置回到第一步的位置，完成一次旋转，每次旋转的角度θ为一个极距，即
Figure 336406DEST_PATH_IMAGE018
；
5）重复步骤4）直到满足定子的铁芯的长度要求。
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