永磁直线电机的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁直线电机。


背景技术：

2.永磁直线电机广泛应用于例如空间斯特林发电系统等系统的各种发电系统中。现有技术的永磁直线电机存在一些缺陷，例如铁心利用率低、散热性能差、涡流损耗严重等缺陷，这些缺陷导致现有技术的永磁直线电机输出性能不理想，不能很好地满足实际应用的需要，这是当前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本技术的目的是提供一种永磁直线电机。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
4.根据本技术实施例的一个方面，提供一种永磁直线电机，包括由内向外依次设置的内定子、永磁动子和外定子；所述外定子包括外定子铁心和绕在所述外定子铁心上的电枢绕组；在所述内定子与所述永磁动子之间形成有内气隙层；在所述永磁动子和所述外定子之间形成有外气隙层；
5.其中，所述内定子采用周向分块叠片、径向分层结构，外定子铁心采用混合叠片结构，电枢绕组采用集中式绕组。
6.在本技术的一些实施例中，所述内定子在径向上包括至少两层叠片，在周向上包括至少两块分块。
7.在本技术的一些实施例中，所述外定子铁心包括外定子轭部和两个外定子齿部；所述电枢绕组位于所述外定子轭部与所述两个外定子齿部所围成的空间内，采用集中式绕组分布；所述外定子齿部采用周向分块叠片、轴向分层叠片的结构。
8.在本技术的一些实施例中，所述外定子轭部采用径向分层叠片的结构。
9.在本技术的一些实施例中，所述外定子齿部包括装配在一起的定子直齿区域和定子极靴区域，所述定子极靴区域采用周向分块叠片的结构。
10.在本技术的一些实施例中，所述定子直齿区域采用轴向分层叠片的结构。
11.在本技术的一些实施例中，所述永磁动子包括支撑部件和至少一个永磁体对；所述永磁体对包括一个n极磁体和一个s极磁体。
12.在本技术的一些实施例中，所述永磁体为瓦片形结构，按圆周方向拼接而成。
13.根据本技术实施例的另一个方面，提供一种周向分块块数的确定方法，用于确定永磁直线电机的外定子直齿区域或定子极靴区域的周向分块块数；所述永磁直线电机为上述任一项所述的永磁直线电机；所述方法包括：
14.将周向分块的每一分块认定为矩形，将每一分块的内外半径差认定为相等，建立
周向分块数学模型；
15.将所述外定子直齿区域或所述外定子极靴区域沿周向等分为多份，每一份所占面积为扇形区域，将对应于所述扇形区域的铁心叠压区域认定为矩形，利用所述周向分块数学模型计算每个所述扇形区域的面积以及相对应的所述铁心叠压区域的面积；
16.根据所述扇形区域的面积以及相对应的所述铁心叠压区域的面积，计算得到周向分块叠片的叠压系数；
17.根据所述周向分块叠片叠压系数计算得到所述块数与电机叠压系数之间的关系；
18.根据预设电机叠压系数以及所述块数与电机叠压系数之间的关系，确定对应于所述预设电机叠压系数的块数。
19.根据本技术实施例的另一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现上述的周向分块块数的确定方法。
20.本技术实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：
21.本技术实施例提供的永磁直线电机，其外定子铁心采用混合叠片结构，能够增加铁芯的有效面积，提高硅钢片的叠压系数和电机内部磁通密度，从而更好的抑制电机内部涡流损耗，提升电机的输出性能，能够很好地满足实际应用的需要。
22.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1示出了本技术的一个实施例的永磁直线电机的剖视结构示意图；
25.图2示出了本技术的一个实施例的永磁直线电机的周向分块块数的确定方法流程图；
26.图3示出了图2所示实施例的一种具体实施方式中的区域划分示意图；
27.图4示出了本技术的一个实施例的计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义
一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
30.如图1所示，本技术的一个实施例提供了一种永磁直线电机，包括由内向外依次设置的内定子1、永磁动子3和外定子5。外定子5包括外定子铁心和绕在该外定子铁心上的电枢绕组53。永磁动子3位于内定子1和外定子5之间。
31.在内定子1与永磁动子3之间形成有内气隙层2。在永磁动子3和外定子5之间形成有外气隙层4。外定子铁心采用混合叠片结构。
32.图1中的直线箭头a所指示的方向为轴向，直线箭头b所指示的方向为径向，弧线箭头c所指示的方向为周向。内定子1采用周向分块叠片、径向分层叠片的结构，在径向上包括至少两层叠片，在周向上包括至少两块分块，例如本实施例中采用的是径向两层叠片、周向四块分块叠片的结构。
33.外定子铁心包括外定子轭部52和两个外定子齿部51。电枢绕组53位于外定子轭部52与两个外定子齿部51所围成的空间内。
34.外定子齿部51采用周向分块叠片、轴向分层叠片的结构，外定子轭部52采用径向分层叠片的结构。
35.外定子齿部51包括定子直齿区域511和定子极靴区域512，定子直齿区域511和定子极靴区域512装配在一起构成外定子齿部51。定子极靴区域512的一部分嵌入到定子直齿区域511的内部凹槽中。定子极靴区域512采用周向分块叠片的结构。定子直齿区域511采用轴向分层叠片的结构。
36.外定子电枢53的绕组采用集中绕组的结构，其绕组采用树脂支架进行固定。
37.永磁动子3包括支撑部件(附图中未示出)和至少一个永磁体对。每一永磁体对包括两个永磁体31，该两个永磁体31中的一个为n极磁体，另一个为s极磁体。支撑部件采用非导磁材料不锈钢制成，永磁体31嵌装在支撑部件的凹槽内。永磁体31是圆环形的。永磁体31为周向分块叠片的结构。具体地，永磁体31采用多块瓦片形结构单元构成，该多块瓦片形结构单元按圆周方向紧密拼接成圆环形。
38.永磁体31可采用径向充磁方式充磁，也可采用halbach充磁方式充磁。径向充磁方式中，永磁体充磁方向垂直向上、垂直向下依次交替排列；halbach充磁方式中，永磁体充磁方向从左向右依次为：水平向右、向右上角45
°
方向、垂直向上、向左上角45
°
和水平向左；另一种halbach不规则永磁阵列的永磁体充磁方向从左向右依次为：水平向右、向右下角45
°
方向、垂直向下、向左下角45
°
和水平向左。
39.在某些实施方式中，永磁体31可以采用钕铁硼材料制成。
40.在某些实施方式中，外定子的电枢绕组采用集中绕组的方式。
41.本技术实施例永磁直线电机的一种优选实施方式中，内定子1采用圆周分层叠片结构，分层层数依据电机实际半径比进行确定。
42.外定子直齿区域511或定子极靴区域512的周向分块的每一个分块均为硅钢片。
43.本技术实施例的永磁直线电机，其外定子铁心采用混合叠片结构，能够增加叠压系数，提高磁密，减小能量损耗，提高散热性能，从而提高电机的输出性能，能够很好地满足实际应用的需要。
44.另外，内定子1采用周向分块叠片、径向分层叠片的结构，永磁体31为周向分块叠
片的结构，这样能够进一步提高铁心利用率，增大气隙磁通密度，减小涡流损耗，提高散热性能，从而提高电机的输出性能。
45.如图2所示，本技术的另一个实施例提供了一种周向分块块数的确定方法，用于确定永磁直线电机的外定子直齿区域或定子极靴区域的周向分块块数；所述永磁直线电机可以为上述任一实施方式中的永磁直线电机；所述方法包括：
46.步骤s10、将周向分块的每一分块认定为矩形，将每一分块的内外半径差认定为相等，建立周向分块数学模型；周向分块数学模型例如可以是三角函数关系模型，或者可以是其他用于周向分块的数学模型；
47.步骤s20、将所述外定子直齿区域或所述外定子极靴区域沿周向等分为多份，每一份所占面积为扇形区域，将对应于所述扇形区域的铁心叠压区域认定为矩形，利用所述周向分块数学模型计算每个所述扇形区域的面积以及相对应的所述铁心叠压区域的面积；
48.步骤s30、根据所述扇形区域的面积以及相对应的所述铁心叠压区域的面积，计算得到周向分块叠片的叠压系数；
49.步骤s40、根据所述周向分块叠片叠压系数计算得到所述块数与电机叠压系数之间的关系；
50.步骤s50、根据预设电机叠压系数以及所述块数与电机叠压系数之间的关系，确定对应于所述预设电机叠压系数的块数。
51.具体地，在某实施方式中，采用上述方法确定外定子直齿区域511或定子极靴区域512的周向分块块数，具体包括以下步骤：
52.1)将分块认定为矩形，将分块的内外半径差认定为相等，建立周向分块数学模型；该周向分块数学模型为三角函数关系模型；
53.2)将外定子直齿区域511或外定子极靴区域512的圆周等分为k份，如图3所示，每一份所占面积为扇形区域ocd，铁心叠压区域近似为矩形abhg，块间区域为acg和bhd，利用三角函数关系模型推导每块扇形区域面积以及实际铁心区域面积；
54.3)根据扇形区域面积以及实际铁心区域面积，计算得到周向分块叠片的叠压系数；
55.4)根据周向分块叠片叠压系数计算得到块数与电机叠压系数之间的关系；
56.5)根据预设电机叠压系数以及上述块数与电机叠压系数之间的关系，确定对应于前述预设电机叠压系数的块数。
57.在某些实施方式中，有限元分析软件可以采用ansoft软件或jmag软件。
58.本技术的另一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现上述任一实施方式的周向分块块数的确定方法。请参考图4，其示出的计算机可读存储介质为光盘20，其上存储有计算机程序(即程序产品)，所述计算机程序在被处理器运行时，会执行前述任意实施方式所提供的方法。需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。本实施例提供的计算机可读存储介质与本技术实施例提供的方法出于相同的发明构思，具有与其存储的应用程序所采用、运行或实现的方法相同的有益效果。
59.需要说明的是：
60.以上所述实施例仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。