一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電的制造方法
【專利摘要】一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，它包括定子筒和動子筒，所述定子筒包括定子導(dǎo)磁環(huán)和非導(dǎo)磁定子套筒，所述定子導(dǎo)磁環(huán)固定在非導(dǎo)磁定子套筒上，或與非導(dǎo)磁定子套筒同軸拼接構(gòu)成定子筒；所述動子筒包括動子鐵心，所述動子鐵心一次成型或者由多個部分沿軸向拼接而成，所述動子鐵心上設(shè)有動子齒、環(huán)形動子槽以及安放在環(huán)形動子槽內(nèi)圍繞定子筒中軸線纏繞的同心共軸動子繞組。本發(fā)明電機省去了定子軛部，降低了制造電機鐵心材料的用量，提高了鐵心材料的利用率，動子槽省去了相間絕緣，簡化了制造工藝，提高了槽利用率，具有推進力密度高和結(jié)構(gòu)簡單可靠等優(yōu)點。
【專利說明】一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓筒形電機，尤其涉及一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機。
【背景技術(shù)】
[0002]直線電機將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運動的機械能，不僅省略了中間傳動機構(gòu)，而且降低了系統(tǒng)損耗，非常適用于直線直驅(qū)式系統(tǒng)。
[0003]平板形直線電機為兩端開斷的開放式平板結(jié)構(gòu)，電機鐵心兩側(cè)存在橫向開斷，有明顯的橫向邊緣效應(yīng)，造成電機內(nèi)磁場分布不連續(xù)，影響電機的運行性能。平板形直線電機的繞組方式與旋轉(zhuǎn)電機類似，存在端部繞組，當(dāng)鐵心長度較長并采用分布式繞組形式時，繞組利用率低，銅耗增加，降低了電機的運行性能。平板形直線電機除了產(chǎn)生直線推進力之外，還會在定子和動子之間產(chǎn)生法向磁拉力，加重導(dǎo)軌負荷，降低導(dǎo)軌的使用壽命。
[0004]圓筒形直線電機的機械結(jié)構(gòu)、工作原理和性能特點與平板形直線電機完全不相同，圓筒形直線電機為封閉的圓筒形機械結(jié)構(gòu)，由于電機鐵心是閉合的，沒有橫向開斷，因此不存在橫向邊緣效應(yīng)，電機內(nèi)磁場沿圓周均勻連續(xù)分布，推進力密度高。圓筒形直線電機內(nèi)定子槽為環(huán)形，電機繞組為同心繞組，沒有端部繞組，繞組利用率高，運行時銅耗低，有利于提高電機效率。此外，由于圓筒形直線電機為封閉結(jié)構(gòu)，電機內(nèi)定動子之間的法向磁拉力相互抵消，當(dāng)電樞繞組通入電流時，定子磁場和動子磁場通過相互作用產(chǎn)生軸向電磁推力，實現(xiàn)電能和機械動能的轉(zhuǎn)化。
[0005]由于工作原理和內(nèi)在電磁場分布的不同，適用于平板形直線電機的技術(shù)方案不能直接應(yīng)用于圓筒形直線電機中。與平板形直線電機相比，圓筒形直線電機具有以下顯著優(yōu)
占-
`^ \\\.[0006]1、電機結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，運行時不受離心力影響；
[0007]2、電機內(nèi)沒有橫向開斷，磁路連續(xù)，沒有橫向邊緣效應(yīng)，運行性能好；
[0008]3、繞組為同心盤式繞組，沒有端部繞組，繞組利用率高；
[0009]4、電機為封閉的圓筒結(jié)構(gòu)，有效克服法向磁拉力；
[0010]5、電機密封性能好，與開放式的平板形直線電機相比，不易受到外界灰塵的干擾，運行穩(wěn)定性好，維護成本低。
[0011]圓筒形直線開關(guān)磁阻電機制造成本低，運行可靠性高，具有在各種惡劣條件下運行的優(yōu)勢，維護成本低，整個系統(tǒng)效率高于圓筒形直線感應(yīng)電動機。但由于磁阻轉(zhuǎn)矩的特性，電機推進力密度較低，因此，提高圓筒形直線電機的推進力密度，是亟待解決的問題。另外，現(xiàn)有圓筒型直線開關(guān)磁阻電機存在動子軛部，電機動子重量大，繞組通電時只有一部分磁路被有效利用，電機鐵磁材料利用率低，功率密度和推進力密度低。
[0012]在直線開關(guān)磁阻電機中，動子采用導(dǎo)磁環(huán)結(jié)構(gòu)可以省去鐵心軛部，減小動子質(zhì)量，提高推進力密度，但對于軌道較長的直線驅(qū)動場合，通常將沒有繞組的鐵心一側(cè)作為運行軌道，有繞組的一側(cè)作為動子，目的是減小制造電機銅繞線的用量，降低成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒型直線開關(guān)磁阻電機，它具有有效提高直線電機的推進力密度，提高繞組利用率和鐵心材料利用率，減少動子質(zhì)量，提聞系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力等優(yōu)點。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0015]一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，它包括定子筒和動子筒，所述定子筒包括定子導(dǎo)磁環(huán)和非導(dǎo)磁定子套筒，所述定子導(dǎo)磁環(huán)固定在非導(dǎo)磁定子套筒上，或與非導(dǎo)磁定子套筒同軸拼接構(gòu)成定子筒；所述動子筒包括動子鐵心，所述動子鐵心一次成型或者由多個部分沿軸向拼接而成，所述動子鐵心上設(shè)有動子齒、環(huán)形動子槽以及安放在環(huán)形動子槽內(nèi)圍繞定子筒中軸線纏繞的同心共軸動子繞組。
[0016]所述定子筒和動子筒同軸，動子筒安放在定子筒內(nèi)側(cè)。
[0017]所述定子導(dǎo)磁環(huán)和非導(dǎo)磁定子套筒沿軸向均勻分布。
[0018]所述非導(dǎo)磁定子套筒由非導(dǎo)磁材料制成。
[0019]所述非導(dǎo)磁材料為鋁合金或有機塑材。
[0020]所述定子導(dǎo)磁塊由高導(dǎo)磁率材料制成。
[0021]所述定子筒和動子筒之間設(shè)有環(huán)形空氣隙。
[0022]所述動子繞組一個線圈所在動子槽中心線與一個定子導(dǎo)磁環(huán)中心線對齊時，屬于同一相的另外一個線圈所在動子槽中心線與另一個定子導(dǎo)磁環(huán)中心線對齊。
[0023]所述動子繞組與動子鐵心部分拼接形成動子筒或者采用下線的方式安裝到環(huán)形定子槽中。
[0024]所述電機包括定子筒和動子筒，兩者同軸安裝，定子筒在外，動子筒在內(nèi)，兩者之間設(shè)有均勻的環(huán)形氣隙，所述定子筒包括非導(dǎo)磁定子套筒和若干定子導(dǎo)磁環(huán)，定子導(dǎo)磁環(huán)沿軸向均勻固定在非導(dǎo)磁定子套筒上或與非導(dǎo)磁定子套筒拼接而成，定子導(dǎo)磁環(huán)的形狀和相互間距均相等，動子筒包括動子鐵心和動子槽，所述動子鐵心可以一次成型或由多個部分沿軸向拼接而成。所述動子槽為環(huán)形，環(huán)形動子槽內(nèi)安放有動子繞組，所述線圈為同心線圈，圍繞動子軸中心線纏繞，每個槽內(nèi)的繞組為一個線圈，每相繞組由多個線圈組成。
[0025]設(shè)電機的相數(shù)為m，m為大于等于2的自然數(shù)，電機動子極數(shù)Pt和定子極數(shù)Ps滿足以下條件:
[0026]Pt=n*m, Ps=n*m+n 或 Ps=n*m_n (1)
[0027]其中，η為大于等于I的自然數(shù)。
[0028]動子筒所包含的齒數(shù)Nt滿足下列條件:
[0029]Nt=n*m+1(2)
[0030]其中，η為大于等于I的自然數(shù)。
[0031]動子筒所包含的環(huán)形動子槽數(shù)Qs滿足下列條件:
[0032]Qs=n*m(3)
[0033]其中，η為大于等于I的自然數(shù)。
[0034]定子筒所包含的導(dǎo)磁環(huán)數(shù)由定子筒的長度決定，定子筒所包含的最少導(dǎo)磁環(huán)數(shù)Ns滿足下列條件:[0035]Ns=n*m+n+l 或 Ns=n*m_n+1(4)
[0036]其中，n為大于等于I的自然數(shù)。
[0037]本發(fā)明的工作原理:由于所述電機動子繞組為同心繞組，當(dāng)動子繞組線圈通電時，同心線圈中將會產(chǎn)生磁通，所產(chǎn)生的磁通沿電機動子軸方向流動，由于定子導(dǎo)磁環(huán)由高導(dǎo)磁率材料制成，導(dǎo)磁率很高，當(dāng)動子繞組所在環(huán)形槽的中心線與某個定子導(dǎo)磁環(huán)中心線對齊時，動子繞組所產(chǎn)生的磁通經(jīng)由動子軸后，將沿電機徑向分流，分別經(jīng)過動子齒、空氣隙、定子導(dǎo)磁環(huán)閉合，在此位置下，該動子繞組線圈產(chǎn)生的磁通對應(yīng)的磁路磁阻最小，繞組交鏈的磁鏈最大；當(dāng)該動子繞組所在環(huán)形動子槽中心線與定子兩個導(dǎo)磁環(huán)之間的非導(dǎo)磁定子套筒中心線對齊時，此時該動子繞組產(chǎn)生的磁通經(jīng)由動子軸后，將沿電機徑向經(jīng)過動子齒、空氣隙和非導(dǎo)磁定子套筒閉合，由于非導(dǎo)磁定子套筒導(dǎo)磁率很低，該繞組線圈產(chǎn)生的磁通對應(yīng)的磁路磁阻最大，繞組交鏈的磁鏈最小。根據(jù)磁阻最小原理，磁路磁阻的變化會產(chǎn)生推進力，當(dāng)持續(xù)不斷的給動子繞組線圈通電時，便可通過在定子和動子之間產(chǎn)生持續(xù)的推進力并將電能轉(zhuǎn)換為機械動能。
[0038]本發(fā)明的有益效果:
[0039]本發(fā)明電機中的定子采用導(dǎo)磁環(huán)，當(dāng)動子繞組線圈通電時，動子繞組線圈產(chǎn)生的磁通將經(jīng)由動子繞組線圈所在環(huán)形動子槽兩側(cè)的動子齒和定子導(dǎo)磁環(huán)閉合，由于繞組產(chǎn)生的磁通與環(huán)形動子槽兩側(cè)的動子齒均產(chǎn)生交鏈，因此繞組能夠交鏈更多的有效磁通，與現(xiàn)有圓筒形直線開關(guān)磁阻電機相比，本發(fā)明電機具有更高的推進力密度。由于本發(fā)明電機省去了定子軛部，降低了制造電機鐵心材料的用量，提高了材料的利用率；每個定子槽內(nèi)只安放有一套繞組，與現(xiàn)有直線開關(guān)磁阻電機相比，省去了相間絕緣，簡化了電機制造工藝，提高了槽利用率；動子繞組為同心共軸繞組，圍繞定子軸線纏繞，省去了繞組端部，提高了銅材料的利用率；采用圓筒形結(jié)構(gòu)，密封性能好，結(jié)構(gòu)簡單可靠，功率密度高，能夠滿足高速往復(fù)驅(qū)動的直線運動場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明電機實施方式I軸截面圖；
[0041]圖2為本發(fā)明電機實施方式2軸截面圖；
[0042]圖3為本發(fā)明電機剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]其中，1.非導(dǎo)磁定子套筒，2.定子導(dǎo)磁環(huán)，3.動子鐵心，4.環(huán)形動子槽，5.動子繞組，6.環(huán)形空氣隙。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0045]實施例一:
[0046]如圖1所示,本實施例電機相數(shù)m=3,動子極數(shù)Pt=6,定子極數(shù)Ps=4,動子筒所包含的齒數(shù)Nt=7，動子筒包含的環(huán)形動子槽數(shù)為Qs=6，定子筒所包含的定子導(dǎo)磁環(huán)數(shù)為Ns >5。本實施例包括非導(dǎo)磁定子套筒1，非導(dǎo)磁定子套筒I內(nèi)安放有定子導(dǎo)磁環(huán)2，定子導(dǎo)磁環(huán)2沿軸向均勻固定在非導(dǎo)磁定子套筒I的內(nèi)部，定子導(dǎo)磁環(huán)2的軸向截面為梯形,底部加工成特殊形狀以便與非導(dǎo)磁定子套筒I固定，在非導(dǎo)磁定子套筒I的內(nèi)側(cè)設(shè)有動子鐵心3，動子鐵心3和非導(dǎo)磁定子套筒I同軸安裝，動子鐵心3由多個部分沿軸向拼接而成，非導(dǎo)磁定子套筒I和動子鐵心3之間有環(huán)形空氣隙6，動子鐵心3上有環(huán)形動子槽4，環(huán)形動子槽4內(nèi)安放有動子繞組5，動子繞組5為同心線圈，同一環(huán)形動子槽4內(nèi)的繞組為一個線圈，當(dāng)該線圈所在環(huán)形動子槽4的中心線與一個定子導(dǎo)磁環(huán)2的中心線對齊時，與之相鄰的同相繞組的另外一個線圈所在動子槽的中心線與另一個定子導(dǎo)磁環(huán)2的中心線對齊。
[0047]實施例二:
[0048]如圖2所示，實施例二與實施例一的區(qū)別在于:1)電機的定子和動子極數(shù)不相同；2)定子導(dǎo)磁環(huán)和非導(dǎo)磁定子套筒的安裝方式不同；3)動子鐵心的成型方式不同。本實施例電機相數(shù)m=4，動子極數(shù)Pt=8，定子極數(shù)Ps=6，動子筒所包含的齒數(shù)Nt=9，動子筒包含的環(huán)形動子槽數(shù)Qs=8，動子筒所包含的定子導(dǎo)磁環(huán)數(shù)為Ns ^ 7，本實施例包括非導(dǎo)磁定子套筒1，非導(dǎo)磁定子套筒I內(nèi)安放有定子導(dǎo)磁環(huán)2,定子導(dǎo)磁環(huán)2與非導(dǎo)磁定子套筒I沿軸向拼接而成，定子導(dǎo)磁環(huán)2的軸向截面為梯形，在非導(dǎo)磁定子套筒I的內(nèi)側(cè)設(shè)有動子鐵心3，動子鐵心3和非導(dǎo)磁定子套筒I同軸安裝，動子鐵心3由模具一次成型，非導(dǎo)磁定子套筒I和動子鐵心3之間有環(huán)形空氣隙6，動子鐵心3上有環(huán)形動子槽4，環(huán)形動子槽4內(nèi)安放有動子繞組5，動子繞組5為同心線圈，同一環(huán)形動子槽4內(nèi)的繞組為一個線圈，當(dāng)該線圈所在環(huán)形動子槽4的中心線與一個定子導(dǎo)磁環(huán)2的中心線對齊時，與之相鄰的同相繞組的另外一個線圈所在動子槽的中心線與另一個定子導(dǎo)磁環(huán)2的中心線對齊。
[0049]圖3所示為本發(fā)明的電機剖面示意圖。
[0050]本說明書中提及的定子和動子是為了描述方便定義，本發(fā)明電機的定子和動子做相對直線運動，實際應(yīng)用中，可以將動子固定，定子作直線運動，其機械結(jié)構(gòu)和工作原理與本發(fā)明完全一致，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0051]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種`修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，它包括定子筒和動子筒，其特征是，所述定子筒包括定子導(dǎo)磁環(huán)和非導(dǎo)磁定子套筒，所述定子導(dǎo)磁環(huán)固定在非導(dǎo)磁定子套筒上，或與非導(dǎo)磁定子套筒同軸拼接構(gòu)成定子筒；所述動子筒包括動子鐵心，所述動子鐵心一次成型或者由多個部分沿軸向拼接而成，所述動子鐵心上設(shè)有動子齒、環(huán)形動子槽以及安放在環(huán)形動子槽內(nèi)圍繞定子筒中軸線纏繞的同心共軸動子繞組。
2.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述定子筒和動子筒同軸，動子筒安放在定子筒內(nèi)側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述定子導(dǎo)磁環(huán)和非導(dǎo)磁定子套筒沿軸向均勻分布。
4.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述非導(dǎo)磁定子套筒由非導(dǎo)磁材料制成。
5.如權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述非導(dǎo)磁材料為鋁合金或有機塑材。
6.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述定子導(dǎo)磁塊由高導(dǎo)磁率材料制成。
7.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述定子筒和動子筒之間設(shè)有環(huán)形空氣隙。
8.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述動子繞組一個線圈所在動子槽中心線與一個定子導(dǎo)磁環(huán)中心線對齊時，屬于同一相的另外一個線圈所在動子槽中心線與另一個定子導(dǎo)磁環(huán)中心線對齊。
9.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述動子繞組與動子鐵心部分拼接形成動子筒或者采用下線的方式安裝到環(huán)形定子槽中。
10.如權(quán)利要求1所述的一種導(dǎo)磁環(huán)定子圓筒形直線開關(guān)磁阻電機，其特征是，所述電機動子極數(shù)Pt和定子極數(shù)Ps滿足以下條件:
Pt=n*m, Ps=n*m+n gJc Ps=n*m-n ； 所述動子筒所包含的齒數(shù)Nt滿足下列條件:
Nt=n氺m+1 ； 動子筒所包含的環(huán)形動子槽數(shù)Qs滿足下列條件:
Qs=n氺m ； 定子筒所包含的導(dǎo)磁環(huán)數(shù)由定子筒的長度決定，定子筒所包含的最少導(dǎo)磁環(huán)數(shù)Ns滿足下列條件:
Ns=n*m+n+l 或 Ns=n*m_n+1 ； 其中，m為電機的相數(shù)，m為大于等于2的自然數(shù)，η為大于等于I的自然數(shù)。
【文檔編號】H02K41/03GK103560644SQ201310566212
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】王道涵 申請人:山東大學(xué)