分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

永磁電機具有很好的機械特性,轉矩特性優異,分數槽集中繞組永磁電機還有定位轉矩小、轉矩波動小的優點。直線電機同樣可以採用分數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構。

分數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極分數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於6個線圈。

圖1是線圈與永磁體的對應圖。每相線圈由兩個線圈串聯組成,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。

線圈的節距僅一個槽距,線圈端部很短,節省銅線又減少銅損,這也是集中繞組的優點。

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

圖1--分數槽集中繞組永磁電機展開圖

電機星形繞組的驅動電路是開關晶體管組成三相逆變器,圖2是星形繞組與開關晶體管連接示意圖。分數槽集中繞組永磁電機的工作原理完全不同於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。

開關晶體管的切換由位置檢測裝置控制,採用霍爾元件檢測永磁體的極性與翻轉,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。

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

圖2--永磁電機三相驅動電路圖

用一段動畫來演示電機的工作過程,為顯示方便採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,相應線圈電流就進行切換。

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

圖3--分數槽集中繞組永磁直線電機原理圖

分數槽集中繞組永磁直線電機基本結構

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。

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

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。

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

圖5--集中繞組直線電機鐵芯與繞組

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

圖6--單邊分數槽集中繞組永磁直線電機

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

分數槽集中繞組永磁直線電機工作原理及基本結構

圖7--雙邊分數槽集中繞組永磁直線電機


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