次級無軛部雙邊初級永磁直線電的制造方法
【專利摘要】一種次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，結(jié)構(gòu)見附圖。此電機(jī)包括雙邊初級和次級，初級與次級之間具有氣隙。單邊初級包括m塊永磁體和m+1塊U型導(dǎo)磁齒，或2m塊永磁體和2m-1塊U型導(dǎo)磁齒，m為電機(jī)的相數(shù)。相鄰兩U型齒中心線距離為初級極距τp。永磁體夾在兩U型導(dǎo)磁齒之間，相鄰永磁體的交替平行充磁，集中繞組設(shè)置于U型導(dǎo)磁齒的槽中，相鄰相繞組的相對位移為λ1＝(j±1／m)τs或λ1=[j±(0.5-1／m)]τs，m，j均為正整數(shù)。雙邊初級與次級的相對位置相同，且其對應(yīng)的永磁體充磁方向相反。次級由導(dǎo)磁塊或?qū)Т艍K和連接橋組成，次級極距為τs。此電機(jī)的次級導(dǎo)磁塊與雙邊永磁體組成串聯(lián)此路，省去次級軛部，降低了次級的成本和重量，提高了電機(jī)輸出功率和帶負(fù)載能力。
【專利說明】次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，屬于電機(jī)制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，直線電機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動方式相比，采用直線電機(jī)驅(qū)動省去了把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的機(jī)械齒輪，可以降低成本，較小噪聲，降低系統(tǒng)體積，減低維護(hù)成本。在如軌道交通、高層樓宇電梯、工廠運(yùn)輸?shù)乳L距離驅(qū)動場合，采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動方式會帶來驅(qū)動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、動態(tài)響應(yīng)慢等缺點(diǎn)。因此，采用直線電機(jī)代替旋轉(zhuǎn)電機(jī)這一技術(shù)手段，可以克服旋轉(zhuǎn)電機(jī)在上述應(yīng)用場合中的上述缺點(diǎn)，提高整個系統(tǒng)的效率。
[0003]我國是稀土永磁大國，隨著電力電子和磁性材料的發(fā)展，永磁無刷電機(jī)得到迅速的發(fā)展。此類電機(jī)具有高效率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。其相應(yīng)的直線結(jié)構(gòu)也被廣泛研究。傳統(tǒng)的永磁直線同步電機(jī)兼有永磁電機(jī)和直線電機(jī)的雙重優(yōu)點(diǎn)。與直線感應(yīng)電機(jī)相比,永磁直線同步電機(jī)的推力密度高、體積小、重量輕，且具有發(fā)電制動功能。然而，由于傳統(tǒng)的永磁電機(jī)的永磁體和電樞繞組分別安裝在初級和次級，而永磁體和電樞的成本都較高，在如軌道交通、高層樓宇電梯、工廠運(yùn)輸?shù)乳L距離中無疑導(dǎo)致系統(tǒng)的制造成本和維護(hù)成本大幅增加。
[0004]磁通切換型初級永磁電機(jī)次級結(jié)構(gòu)簡單，僅由導(dǎo)磁鐵心組成,在上述長距離驅(qū)動中不僅具有永磁直線電機(jī)功率密度高，效率高，功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，而且具有直線感應(yīng)電機(jī)和開關(guān)磁阻直線電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的單邊或雙邊磁通切換直線電機(jī)次級軛部鐵心所占的比重較大,帶來材料的浪費(fèi)和成本提高。
[0005]為進(jìn)一步提高磁通切換電機(jī)的功率密度和降低次級的成本，本實(shí)用新型提出一種次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)。本實(shí)用新型提高了電機(jī)的輸出功率，降低了次級的成本和重量，既可為長距離驅(qū)動場合提供一種功率密度高，成本低的解決方案，又可為以次級作為運(yùn)動部件的驅(qū)動方式提供一種功率密度高，帶載能力強(qiáng)的驅(qū)動方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可降低制造成本，提高電機(jī)功率密度和帶負(fù)載能力，降低維護(hù)成本的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]本實(shí)用新型的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)包括兩單邊初級、次級和集中繞組，單邊初級和次級之間具有氣隙，單邊初級包括m塊永磁體和m+1塊U型導(dǎo)磁齒，或2m塊永磁體和2m-l塊U型導(dǎo)磁齒，m為電機(jī)的相數(shù)；每塊永磁體夾在兩個U型導(dǎo)磁齒之間，集中繞組設(shè)置于U型導(dǎo)磁齒的槽中且套住永磁體，相鄰相集中繞組的相對位移為Xl=(j±l /m) τ s或λ I = j± (0.5-1 / m) ] τ s,m, j均為正整數(shù)；τ s為次級相鄰兩導(dǎo)磁塊之間的距離，相鄰兩U型導(dǎo)磁齒中心線距離為初級極距τ P ;次級由導(dǎo)磁塊組成，相鄰導(dǎo)磁塊之間的距離為次級極距τ S，次級相鄰導(dǎo)磁塊間隔排列或采用連接橋相連；次級導(dǎo)磁塊為雙邊初級永磁體組成串聯(lián)磁路提供了通道，構(gòu)成了 一種新型雙邊串聯(lián)磁路磁通切換直線電機(jī)。
[0009]當(dāng)上述單邊初級包括m塊永磁體和m+1塊U型導(dǎo)磁齒時，每個永磁體和兩邊的U型導(dǎo)磁齒均套著一個集中電樞繞組，每個U型導(dǎo)磁齒的槽中設(shè)置兩相繞組；當(dāng)單邊初級包括2m塊永磁體和2m-l塊U型導(dǎo)磁齒時，永磁體和兩邊的U型導(dǎo)磁齒間隔套著一個集中繞組，每個U型導(dǎo)磁齒的槽中僅設(shè)置一相繞組；雙邊初級中屬于同相的集中繞組相互串聯(lián)或并聯(lián)組成一相。
[0010]上述次級由導(dǎo)磁塊組成或由導(dǎo)磁塊和連接橋組成，次級用非導(dǎo)磁材料填充緊固，導(dǎo)磁塊上留有安裝孔。
[0011]上述單邊初級中相鄰兩永磁體交替平行充磁，雙邊兩初級與次級的相對位置相同，且其對應(yīng)的永磁體充磁方向相反。永磁體的高度和充磁方向厚度可根據(jù)需要調(diào)整，其對應(yīng)的同相繞組的繞線方式和電流相位均相同。雙邊初級對應(yīng)的永磁體通過初級U型導(dǎo)磁齒，氣隙，次級導(dǎo)磁塊組成串聯(lián)磁路。
[0012]上述次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)的初級和次級一個為固定部件，另一個為運(yùn)動部件，其結(jié)構(gòu)為雙邊平板結(jié)構(gòu)或圓筒型結(jié)構(gòu)，可為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)。
[0013]本實(shí)用新型由次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)模組，包括X個所述次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，X為正整數(shù)，X個次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)串聯(lián)構(gòu)成一個整體或分開單獨(dú)控制。從而增加了系統(tǒng)的容錯能力。
[0014]本實(shí)用新型電機(jī)的永磁體和電樞繞組均放置在初級上，次級結(jié)構(gòu)簡單，無繞組、無電刷、無永磁體，僅為導(dǎo)磁塊，導(dǎo)磁塊之間可以間隔開，也可以采用連接橋相連。永磁體置于初級，易于散熱，可靠性高。與傳統(tǒng)的磁通切換直線電機(jī)相比，本實(shí)用新型次級僅由導(dǎo)磁塊組成，相鄰導(dǎo)磁塊之間不需要導(dǎo)磁軛部，其結(jié)構(gòu)更簡單，不僅大大降低次級的成本和重量，而且具有更高的功率密度。從磁路結(jié)構(gòu)上來說，本實(shí)用新型是一種新型無次級軛部雙邊串聯(lián)磁路磁通切換型初級永磁直線電機(jī)。初級次級均可采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊化結(jié)構(gòu)有利于生產(chǎn)和安裝，特別適用于長定子應(yīng)用場合，可以大大降低系統(tǒng)成本。
[0015]當(dāng)次級作為短動子時，由于其結(jié)構(gòu)簡單，無永磁體、無電刷、重量輕，在短距離彈射驅(qū)動系統(tǒng)中不僅可以提高彈射系統(tǒng)的功率密度，而且可以提高彈射系統(tǒng)的帶負(fù)載能力和系統(tǒng)的可靠性。
[0016]因此，本實(shí)用新型具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本實(shí)用新型實(shí)施例1電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖2實(shí)施例1電機(jī)A相繞組磁鏈達(dá)到最小位置局部模塊磁力線分布圖
[0019]圖3實(shí)施例1電機(jī)A相繞組磁鏈達(dá)到最大位置局部模塊磁力線分布圖
[0020]圖4本實(shí)用新型實(shí)施例2電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5本實(shí)用新型實(shí)施例3電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6本實(shí)用新型實(shí)施例4電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】:[0023]為使本實(shí)用新型的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0024]實(shí)施例1:
[0025]如圖1所示，本實(shí)用新型包括雙邊初級11、次級10和集中繞組113，所述初級11和次級10之間具有氣隙。單邊初級11包括m塊永磁體112和m+1塊U型導(dǎo)磁齒lll，m=3為電機(jī)的相數(shù)；每塊永磁體112夾在兩個U型導(dǎo)磁齒111之間，集中繞組113設(shè)置于U型導(dǎo)磁齒的槽中且套住永磁體112，相鄰相集中繞組113的相對位移為Al=(j±l / m) Ts或Al=[j±(0.5-1 / m) ] Ts,m, j 均為正整數(shù)。本實(shí)施例中 λ l=(j+(0.5-1 / m) ] τ s, m=3,j=l ; τ s為次級10極距,初級11的極距為τ ρ ；
[0026]本實(shí)施例中，次級10中相鄰導(dǎo)磁塊100之間采用連接橋101相連，本實(shí)施例中初級為短動子，次級為長定子，圖1僅給出部分次級結(jié)構(gòu)。
[0027]本實(shí)施例中，單邊初級有三相集中繞組(即圖1中Al，BI ,Cl或All，BI I ,Cl I)，屬于同相繞組串聯(lián)或并聯(lián)組成一相繞組，中間U型齒的槽中放置兩相繞組。
[0028]本實(shí)施例中，單邊初級11中相鄰兩永磁體112交替平行充磁，雙邊兩初級11與次級10的相對位置相同，且其對應(yīng)的永磁體充磁方向相反，永磁體充磁方向如附圖中箭頭所示，其對應(yīng)的繞組繞線方式相同，繞組中的電流相位相同。由圖1可知，雙邊初級中屬于同相兩個永磁體通過U型齒111，氣隙，次級10導(dǎo)磁塊100組成串聯(lián)磁路(即圖中Al和All繞組所在的兩個永磁體通過U型齒111，氣隙，次級10導(dǎo)磁塊100組成串聯(lián)磁路)，且滿足磁通切換工作原理。
[0029]為了說明本實(shí)用新型電機(jī)的工作原理，圖2和圖3給出了本實(shí)用新型一個模塊在不同位置時的磁力線分布。當(dāng)初級11動子以一定速度運(yùn)動到圖2所示位置時,雙邊初級兩永磁體通過次級導(dǎo)磁塊提供的路徑組成串聯(lián)磁路，其主磁通路徑如圖中箭頭所示，此時A相繞組中匝鏈的磁鏈近似為零，A相繞組中的反電勢幅值達(dá)到正最大值。當(dāng)初級11動子繼續(xù)以一定速度運(yùn)動Ts / 4距離，即圖3所示位置時，雙邊初級兩永磁體通過次級導(dǎo)磁塊提供的路徑組成串聯(lián)磁路，其主磁通路徑如圖中箭頭所示，此時A相繞組中匝鏈的磁鏈近似為正的最大值，A相繞組中的反電勢幅值降為零；當(dāng)初級11動子繼續(xù)以一定速度運(yùn)動TS / 4距離，A相繞組中匝鏈的磁鏈近似減小到零，則此時A相繞組中的反電勢幅值為負(fù)的最大值；當(dāng)初級11動子繼續(xù)以一定速度運(yùn)動Ts / 4距離，A相繞組中匝鏈的磁鏈近似降為負(fù)的最大值，則此時A相繞組中的反電勢幅值又達(dá)到正的最大值，此時初級動子運(yùn)動運(yùn)動一個電氣周期360° (即移動Ts距離)，其磁鏈和反電勢的變化波形近似為正弦波。
[0030]本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn):第一，次級10所受到雙邊初級11的法向吸力相互抵消，從而減小系統(tǒng)的摩擦損耗。第二，雙邊同相兩個永磁體113通過初級U型齒111，氣隙，次級10導(dǎo)磁塊100組成串聯(lián)磁路，省去次級11軛部材料，從而大大降低了次級10的成本和重量，提高了該電機(jī)系統(tǒng)的功率密度和帶負(fù)載能力。
[0031]實(shí)施例2:
[0032]圖4為由兩個實(shí)施例1電機(jī)所組成的電機(jī)模組。本實(shí)施例中單邊初級中每相繞組由兩個集中繞Al和A2串聯(lián)或并聯(lián)組成。集中繞Al和A2所在的兩永磁體相對次級的位置λ 2=(0.5+3) τ s，因此二者之間的電磁特性具有互補(bǔ)特性，當(dāng)集中繞Al和Α2串聯(lián)組成A相繞組時，A相繞組反電勢幅值為集中繞Al和Α2基波幅值的兩倍，并且當(dāng)集中繞Al和Α2中的高次諧波相互抵消，因此可以提高A相繞組反電勢的正弦性。同時，本實(shí)施例電機(jī)的定位力也被削弱。雙邊初級11屬于同相的繞組可以串聯(lián)或并聯(lián)組成一相繞組。
[0033]實(shí)施例3:
[0034]圖5為由兩個實(shí)施例2電機(jī)所組成的電機(jī)模組。本實(shí)施例中單邊初級11中每相繞組由兩組集中繞組，即A1+A2和A3+A4串聯(lián)或并聯(lián)組成。集中繞Al和A3與次級的相對位置相同，集中繞A2和A4與次級的相對位置也相同。集中繞Al或A3與集中繞組集中繞A2或A4相對次級的位置λ 2=(0.5+3) τ s，因此兩組集中繞組113之間存在互補(bǔ)特性。因此，本實(shí)用新型中兩個實(shí)施例2電機(jī)可以串聯(lián)組成一個新的電機(jī)模組，也可并聯(lián)運(yùn)行控制。本實(shí)施例與實(shí)施例1和2的不同之處在于，本實(shí)施例所述的電機(jī)雙邊初級11作為固定部件，短次級10作為運(yùn)動部件。本實(shí)用新型在電磁彈射和短距離運(yùn)輸系統(tǒng)中，可以提高驅(qū)動系統(tǒng)的帶負(fù)載能力和功率密度。
[0035]實(shí)施例4:
[0036]如圖6所示，本實(shí)用新型與實(shí)施例1的不同之處在于，單邊初級11包括2m塊永磁體112和2m-l塊U型導(dǎo)磁齒111，m=3為電機(jī)的相數(shù)。本實(shí)用新型與實(shí)施例2的不同之處在于集中繞組的個數(shù)和連接方式。在本實(shí)施例中，單邊初級11模塊中每相僅有I個集中繞組113，永磁體112和兩邊的U型導(dǎo)磁齒111間隔套著一個集中電樞繞組113，每個U型導(dǎo)磁齒的槽中僅設(shè)置一相繞組。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn):初級模塊中不同相集中繞組之間互感小，因此該電機(jī)的容錯能力強(qiáng)。由多個本實(shí)施例電機(jī)，按照實(shí)施例2和實(shí)施例3的方法也可以得多個新的電機(jī)模組，本實(shí)用新型不再詳述。
[0037]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，包括兩單邊初級(11)、次級(10)和集中繞組(113)，所述單邊初級(11)和次級(10)之間具有氣隙，其特征在于， 所述單邊初級(11)包括m塊永磁體(112)和m+1塊U型導(dǎo)磁齒(111)，或2m塊永磁體(112)和2m_l塊U型導(dǎo)磁齒(111)，m為電機(jī)的相數(shù)；每塊永磁體(112)夾在兩個U型導(dǎo)磁齒(111)之間，集中繞組(113)設(shè)置于U型導(dǎo)磁齒的槽中且套住永磁體(112)，相鄰相集中繞組(113)的相對位移為λ l=(j±l / m) τ s或Xl=[j±(0.5-1 / m) ] TS，m，j均為正整數(shù)；τ s為次級(10)相鄰兩導(dǎo)磁塊(101)之間的距離，相鄰兩U型導(dǎo)磁齒(111)中心線距離為初級(11)極距τ P ； 所述次級(10)由導(dǎo)磁塊(100)組成，相鄰導(dǎo)磁塊(100)之間的距離為次級極距τ s，次級相鄰導(dǎo)磁塊(100)間隔排列或采用連接橋(101)相連；次級導(dǎo)磁塊(100)為雙邊初級永磁體組成串聯(lián)磁路提供了通道，構(gòu)成了 一種新型雙邊串聯(lián)磁路磁通切換直線電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，其特征在于，當(dāng)所述單邊初級(11)包括m塊永磁體(112)和m+1塊U型導(dǎo)磁齒(111)時，每個永磁體和兩邊的U型導(dǎo)磁齒均套著一個集中電樞繞組(113)，每個U型導(dǎo)磁齒的槽中設(shè)置兩相集中繞組；當(dāng)單邊初級(11)包括2m塊永磁體和2m-l塊U型導(dǎo)磁齒時，永磁體和兩邊的U型導(dǎo)磁齒間隔套著一個集中電樞繞組，每個U型導(dǎo)磁齒的槽中僅設(shè)置一相集中繞組；雙邊初級(11)中屬于同相的集中繞組(113)串聯(lián)或并聯(lián)組成一相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，其特征在于，所述次級(10)由導(dǎo)磁塊(100)組成或由導(dǎo)磁塊(100)和連接橋(101)組成，次級(10)用非導(dǎo)磁材料填充緊固，導(dǎo)磁塊(100)上留有安裝孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，其特征在于，單邊初級(11)中相鄰兩水磁體(112)交替平行充磁，雙邊兩初級(11)與次級(10)的相對位置相同，且其對應(yīng)的永磁體充磁方向相反，永磁體(112)的高度和寬度可根據(jù)需要調(diào)整，其對應(yīng)的同相繞組的繞線方式和電流相位均相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，其特征在于，所述初級和次級一個為固定部件，另一個為運(yùn)動部件，其結(jié)構(gòu)為雙邊平板結(jié)構(gòu)或圓筒型結(jié)構(gòu)，可為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)。
6.由權(quán)利要求1?5任意一項(xiàng)所述的次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)構(gòu)成的電機(jī)模組，其特征在于，包括X個所述次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)，X為正整數(shù)；x個所述次級無軛部雙邊初級永磁直線電機(jī)串聯(lián)構(gòu)成一個整體或分開單獨(dú)控制。
【文檔編號】H02K41/02GK203632520SQ201320718097
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】曹瑞武, 黃文新 申請人:南京航空航天大學(xué)