本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種永磁直線電機。

背景技術(shù)：

基于直線電機的直接傳動技術(shù)，省去了中間復(fù)雜傳動機構(gòu)，已在機床、電梯等直線運動場合應(yīng)用，而且其應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸擴大到生產(chǎn)及生活的各領(lǐng)域。但是與旋轉(zhuǎn)電機系統(tǒng)不同，大部分直接驅(qū)動的直線電機系統(tǒng)(電磁彈射應(yīng)用中高速高加速直線電機除外)不能采用高速度設(shè)計提高功率密度并減小體積質(zhì)量，因此，要減小直線電機的體積質(zhì)量，只能寄希望于提高電機的推力密度。提高電機的推力密度，可以從提高電負(fù)荷、磁負(fù)荷和磁場變化頻率幾個方面考慮，已有的永磁同步直線電機，存在以下確點：繞組繞制工藝復(fù)雜，繞組散熱困難，限制了電負(fù)荷的提高；不管將初級或次級用作動子，動子質(zhì)量均較大，使得電機一定輸出推力情況下，電機的加速度和動態(tài)性能受到限制；永磁體用量大，使得永磁直線電機的成本增大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供獨立繞組連續(xù)極雙邊平板型永磁直線電機，解決現(xiàn)有永磁同步直線電機推力密度低，加速度低及永磁體用量大的問題。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

獨立繞組連續(xù)極雙邊平板型永磁直線電機，該電機為單相電機或n相電機，n相電機為單相電機的模塊化組合，n≥3，所述單相電機由上至下依次包括第一初級單元、次級單元和第二初級單元，第一初級單元和第二初級單元分別與次級單元之間形成氣隙，第一初級單元與第二初級單元的結(jié)構(gòu)相同，且第一初級單元與第二初級單元關(guān)于次級單元對稱設(shè)置；所述第一、第二初級單元均包括一個初級導(dǎo)磁鐵芯，該初級導(dǎo)磁鐵芯內(nèi)部開有矩形槽，初級導(dǎo)磁鐵芯面向次級單元的一側(cè)上開有m個小槽，m≥3，初級導(dǎo)磁鐵芯與小槽相對的一側(cè)為鐵芯橫梁，鐵芯橫梁上繞設(shè)有電樞繞組，第一初級單元中的電樞繞組與第二初級單元中的電樞繞組為同相電阻，二者之間的電角度相差180°，初級導(dǎo)磁鐵芯的各小槽內(nèi)均安裝永磁體，同一個初級導(dǎo)磁鐵芯上的永磁體的充磁方向相同，且不同初級導(dǎo)磁鐵芯上的永磁體的充磁方向相反；所述初級單元包括多個具有凸極結(jié)構(gòu)的次級導(dǎo)磁鐵芯，且相鄰次級導(dǎo)磁鐵芯之間形成氣隙。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，同一個初級導(dǎo)磁鐵芯上的的小槽的寬度均為τ，相鄰兩個小槽之間的間距也為τ，相鄰次級導(dǎo)磁鐵芯之間的間距為2τ。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，電機為n相電機，各相電機依次沿水平方向排列，相鄰兩相電機中距離最近的小槽之間的間距為(k±2/n)τ，k為自然數(shù)。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，同一個初級導(dǎo)磁鐵芯上的的小槽的寬度均為τ+a，且相鄰兩個小槽之間的間距為τ-a，-0.5τ≤a≤0.5τ。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，永磁體與所在小槽的尺寸相同。

基于上述技術(shù)方案的優(yōu)選方案，永磁體與所在小槽的尺寸不同，永磁體與小槽之間形成氣隙或填充非導(dǎo)磁物質(zhì)。

采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果：

(1)本發(fā)明中的繞組和永磁體均位于初級上，獨立繞組結(jié)構(gòu)使繞組繞制工藝簡單，易于實現(xiàn)冷卻，有利于提高電磁負(fù)荷，從而提搞推力密度；

(2)本發(fā)明中的次級結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，且理想情況下無單邊磁拉力；次級質(zhì)量輕，用作動子時，相同的輸出推力下，可以獲得更大的加速度和速度；

(3)本發(fā)明中每對極下采用單個充磁方向的永磁體和中間鐵心齒形成n-s交替的磁場，較之于傳統(tǒng)采用兩塊充磁方向相反的永磁體結(jié)構(gòu)，永磁體用量減少50％，推力性能僅下降大約15％，顯然，永磁體用量的大幅度減少意味著電機成本的大幅度下降；

(4)本發(fā)明易于實現(xiàn)各相模塊化設(shè)計及應(yīng)用，各相之間無電耦合，磁耦合很小，當(dāng)某相繞組故障時，不影響其它相，易于實現(xiàn)容錯控制，有利于提高電機的可靠性。

附圖說明

圖1為實施例1單相電機的二維結(jié)構(gòu)圖；

圖2為初級導(dǎo)磁鐵心的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為連續(xù)極磁極結(jié)構(gòu)所形成的磁力線示意圖；

圖4為實施例1磁通最大時磁力線示意圖；

圖5為實施例1磁通最小時磁力線示意圖；

圖6為實施例2的永磁體和初級鐵心小齒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為實施例3的永磁體和初級鐵心小齒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為實施例4的永磁體和初級鐵心小齒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9、圖10為實施例5的永磁體和初級鐵心小齒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為實施例6的三相電機的二維結(jié)構(gòu)圖。

標(biāo)號說明：1-電樞繞組；2-初級鐵心；2-1-初級鐵心橫梁；2-2-初級鐵心大齒；2-3-初級鐵心小齒；2-4-初級鐵心內(nèi)軛；3-永磁體；3-1-永磁體；3-2-永磁體；4-氣隙，5-次級導(dǎo)磁鐵芯；6-矩形槽；7-小槽；8-次級間隙。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明。

實施例1：

如圖1、2、3所示，本實施例為單相電機，每個初級包括電樞繞組1、導(dǎo)磁鐵心2和永磁體3結(jié)構(gòu)。初級導(dǎo)磁鐵心內(nèi)部開矩形槽6，矩形槽6上方為初級鐵心橫梁2-1，兩邊為初級鐵心大齒2-2，初級導(dǎo)磁鐵心面向氣隙面上開小槽7，小槽的個數(shù)為m，m為奇數(shù)，且m≥3，小槽背部為軛2-4結(jié)構(gòu)，相鄰的兩個小槽7之間為初級小齒2-3結(jié)構(gòu)；位于矩形槽6內(nèi)的電樞繞組1(a-x)纏繞在初級鐵心橫梁2-1上，位于次級兩邊的兩個初級大矩形槽內(nèi)的電樞繞組a-x和a1-x1為同一相繞組，但電角度相差180°；小槽7內(nèi)安裝永磁體3，相鄰永磁體之間為導(dǎo)磁的初級鐵心小齒2-3結(jié)構(gòu)，永磁體3沿水平方向的寬度為τ，初級鐵心小齒2-3的寬度也為τ；位于次級兩邊的兩個初級結(jié)構(gòu)完全對稱，即兩個初級上相對的永磁體3-1和永磁體3-2的充磁方向正好相反；次級為具有凸極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁鐵心5及次級間隙8組成，相鄰次級導(dǎo)磁鐵心之間的距離為2τ，即按照周期為2τ形成陣列。兩個初級和次級之間形成兩個氣隙4。

該電機的每個初級上，永磁體3充磁方向為同一方向，但與鐵心齒2-3共同實現(xiàn)n-s連續(xù)極勵磁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)較之于傳統(tǒng)采用不同充磁方向永磁體交替裝配的結(jié)構(gòu)，永磁體用量可以減少一半。

本發(fā)明的獨立繞組連續(xù)極雙邊平板型永磁直線電機的工作過程和原理如下：

如圖4、5所示，初級永磁體發(fā)出的磁通，經(jīng)氣隙4、次級導(dǎo)磁鐵心5、初級導(dǎo)磁鐵心2形成串聯(lián)磁通閉合回路，并與電樞繞組1匝鏈，隨著動子運動，次級和初級相對位置變化，與電樞繞組匝鏈的磁通大小和方向發(fā)生變化，從而在電樞繞組1中產(chǎn)生感應(yīng)反電勢。隨著動子運動，在電樞繞組中通入相應(yīng)的電流，電機即產(chǎn)生水平方向的推力。

本發(fā)明的單個初級上的永磁體3-1充磁方向相同，但是通過與相鄰的初級鐵心小齒2-3作用，在氣隙中形成n-s交替的磁場。該結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)永磁電機相比，永磁體用量可以減少一半。

本發(fā)明的電樞繞組和永磁體均位于初級上，繞組繞制工藝簡單，且易于實現(xiàn)散熱設(shè)計，有利于實現(xiàn)大的電磁負(fù)荷設(shè)計，從而提高推力密度。次級結(jié)構(gòu)簡單，用作動子，動子質(zhì)量輕，利于提高加速度。

實施例2：

如圖6所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：為改善磁場分布，永磁體3的寬度可以設(shè)計為τ+a，a取值為-0.5τ≤a≤0.5τ，初級鐵心小齒2-3的寬度則為τ-a。

實施例3：

如圖7所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：為減小漏磁，永磁體3的尺寸可以與小槽7的尺寸不完全相同，可以在永磁體3和初級鐵心齒2-3之間設(shè)置氣隙或者填充非導(dǎo)磁物質(zhì)。

實施例4：

如圖8所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：為減小反電勢畸變，初級導(dǎo)磁鐵心2上取消小槽背部的軛2-4結(jié)構(gòu)。永磁體3和初級鐵心小齒2-3交替排列。

實施例5：

如圖9和10所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：小槽7的個數(shù)和永磁體3的塊數(shù)為偶數(shù)，小齒2-3的個數(shù)則為奇數(shù)?？拷簖X2-2的小齒2-3可以與大齒設(shè)計成一體，形成新的鐵心結(jié)構(gòu)。

實施例6：

如圖11所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：實施例1為單相電機，本實施例為三相電機。b相電機和c相電機的結(jié)構(gòu)與a相電機的結(jié)構(gòu)完全相同，各相電機模塊沿水平方向排列，相鄰兩相電機之間的導(dǎo)磁鐵心的水平方向?qū)挾葹?k±2/3)τ，k為自然數(shù)。繞組采用三相供電，可以是正弦波或者方波供電。該電機采用模塊化設(shè)計，各相之間無電耦合，磁耦合很小，當(dāng)某相繞組故障時，不影響其它相，易于實現(xiàn)容錯控制，有利于提高電機的可靠性。

實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。