分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機
Fractional Slot Concentrated Winding Permanent Magnet Linear Motor

永磁電機具有很好的機械特性,轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異,分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機還有定位轉(zhuǎn)矩小、轉(zhuǎn)矩波動小的優(yōu)點。直線電機同樣可以采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機,下面介紹其工作的基本原理與基本結(jié)構(gòu)。

   分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機工作原理

該直線電機可看著是6槽4極分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機的展開模式,短初級由6個線圈組成A、B、C三相繞組;若干個永磁體正反排列組成長次級,4個永磁體的排列長度等于6個線圈。圖1是線圈與永磁體的對應(yīng)圖。每相線圈由兩個線圈串聯(lián)組成,A相線圈入口端是A1,出口端是A2;B相線圈入口端是B1,出口端是B2;C相線圈入口端是C1,出口端是C2,三個線圈出口端連接在一起組成星形接法。線圈的節(jié)距僅一個槽距,線圈端部很短,節(jié)省銅線又減少銅損,這也是集中繞組的優(yōu)點。

分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機展開圖

圖1--分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機展開圖

電機星形繞組的驅(qū)動電路是開關(guān)晶體管組成三相逆變器,圖2是星形繞組與開關(guān)晶體管連接示意圖。分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁電機的工作原理完全不同于三相正弦波的永磁同步電動機,其三相逆變器輸出波形為方波,而且每一時刻僅有兩相線圈通電。開關(guān)晶體管的切換由位置檢測裝置控制,采用霍爾元件檢測永磁體的極性與翻轉(zhuǎn),三個霍爾元件分別安裝在三相線圈的三個前沿位置,見圖5,裝在每相第一個線圈前沿或第二個線圈前沿效果是相同的。

永磁電機三相驅(qū)動電路圖

圖2--永磁電機三相驅(qū)動電路圖

用一段動畫來演示電機的工作過程,為顯示方便采用初級靜止次級運動的形式。圖3是動畫的截圖,為方便觀察初級沒有顯示鐵芯,僅有空心線圈,有電流通過的線圈在線圈有效邊上有箭頭顯示電流方向。

深藍色的永磁體表示上表面是北極,有向上的藍色箭頭線表示磁場方向;深紅色的永磁體表示上表面是南極,有向下的紅色箭頭線表示磁場方向。霍爾元件安裝在兩個線圈之間位置(見圖5),每到兩個永磁體之間位置運動到兩個線圈相鄰位置時,相應(yīng)線圈電流就進行切換。

分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機原理圖

圖3--分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機原理圖

下面觀看分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機的工作原理動畫,在動畫上方用文字標(biāo)注導(dǎo)通的開關(guān)晶體管與線圈通電狀態(tài)。可以用左手定則來分析線圈邊所受磁場力,注意由于相鄰兩個線圈邊處于同一鐵芯槽內(nèi),要把兩個線圈邊作為一根導(dǎo)線來分析受力狀態(tài)。

分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機原理動畫
   分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機基本結(jié)構(gòu)
初級鐵芯用硅鋼片疊成,鐵芯有6個槽(5個整槽加兩邊2個半槽),6個整齒用來繞線圈。

集中繞組直線電機鐵芯

圖4--集中繞組直線電機鐵芯

在6個齒上繞上線圈,每兩個線圈串聯(lián)為一相,三相按星形接法,見圖5。在每相線圈前邊位置安裝霍爾元件,用來檢測磁場的方向與變化。

集中繞組直線電機鐵芯與繞組

圖5--集中繞組直線電機鐵芯與繞組

次級由若干個永磁體正反排列組成,4個永磁體的排列長度等于6個線圈,見圖1。永磁體固定在次級磁軛上,磁軛由導(dǎo)磁良好的鐵質(zhì)材料制成。

長次級固定在電機機座上,機座有導(dǎo)軌,初級鐵芯通過滑動軸承安裝在導(dǎo)軌上,初級鐵芯與永磁體間有空隙,可在導(dǎo)軌上自由滑行,有關(guān)具體機械結(jié)構(gòu)這里就不介紹了,圖6是直線電機的結(jié)構(gòu)示意圖,僅顯示初級與次級的狀態(tài)。

單邊分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機

圖6--單邊分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機

分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機同樣可以采用雙邊結(jié)構(gòu),圖7是其結(jié)構(gòu)示意圖,僅顯示初級與次級。上初級與下初級的鐵芯與三相繞組相同,上下兩個三相繞組并聯(lián)。也可以把4個A相線圈串聯(lián),4個B相線圈串聯(lián),4個C相線圈串聯(lián),然后再連成星形接法。

長次級的永磁體固定在永磁體基板上,基板由不導(dǎo)磁的硬質(zhì)材料做成。

雙邊分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機

圖7--雙邊分?jǐn)?shù)槽集中繞組永磁直線電機
 
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