本發(fā)明涉及初級勵磁型永磁直線電機(jī)，特別是涉及一種雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、一般認(rèn)為，直線電機(jī)是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)剖分延展開來而得，廣泛應(yīng)用于直線伺服傳動、磁浮交通等領(lǐng)域。傳統(tǒng)永磁直線同步電機(jī)將電樞和磁極分別放在初級、次級側(cè)，具有高推力密度，但是推力波動大，并且永磁軌道成本高昂且需要全行程鋪設(shè)，另外需裝設(shè)隔磁裝置。為了降低傳統(tǒng)永磁直線電機(jī)的成本，初級勵磁型永磁直線電機(jī)則是將電樞繞組和磁極均放在初級側(cè)，次級側(cè)僅由鐵心構(gòu)成，大量減少永磁體用量以及無需隔磁裝置，其中槽口型永磁直線電機(jī)是初級勵磁型永磁直線電機(jī)的一種，其憑借電樞磁場不穿過永磁體而幾乎沒有退磁的風(fēng)險,結(jié)構(gòu)簡單漏磁少而成為了研究熱點。然而單邊槽口型永磁直線電機(jī)在實際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的法向力是推力的幾十上百倍，且推力波動大，致使單邊槽口型永磁直線電機(jī)在一些直線伺服傳動應(yīng)用場景下帶來應(yīng)用難度。針對要求法向力較小并且能夠提供足夠推力的直線電機(jī)應(yīng)用場合，一般采用雙邊直線感應(yīng)電機(jī)或雙邊永磁直線同步電機(jī)。雙邊直線感應(yīng)電機(jī)是將兩個單邊直線感應(yīng)電機(jī)背靠背結(jié)合產(chǎn)生，兩側(cè)為初級鐵心和通入三相交流電的繞組，中間為次級感應(yīng)板。兩側(cè)初級聯(lián)結(jié)形成“u”型結(jié)構(gòu)，兩側(cè)通入三相交流電的繞組在感應(yīng)板兩側(cè)產(chǎn)生行波磁場與感應(yīng)板相互作用形成推力，兩側(cè)初級法向力大小相同方向相反而相互抵消。但是雙邊直線感應(yīng)電機(jī)并不適用于長距離直線運(yùn)輸，因為兩側(cè)初級或次級感應(yīng)板作為運(yùn)動部分，都需要耗費(fèi)大量鐵心或者感應(yīng)板的鋪設(shè)，工程造價偏高不利于實際應(yīng)用。雙邊永磁直線同步電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，其結(jié)構(gòu)上將永磁鐵交替排列作為次級，次級永磁體產(chǎn)生的磁場與初級產(chǎn)生的行波磁場相互作用實現(xiàn)同步運(yùn)行。然而，次級需要大量稀土材料制成的永磁體在實際工程應(yīng)用中造價偏高且安裝維護(hù)難度大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有技術(shù)推力波動大、不適用于長距離直線運(yùn)輸、造價偏高且安裝維護(hù)難度大的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括第一次級、第二次級、初級電樞繞組、永磁體和初級鐵心，所述第一次級和第二次級平行且兩側(cè)的齒槽相向并錯位設(shè)置，所述初級鐵心排列在所述第一次級和第二次級之間，所述初級鐵心上下兩端均采用半開口槽，所述半開口槽處安裝有halbach排列的永磁體，所述初級電樞繞組疊繞在所述初級鐵心上。

3、進(jìn)一步地，所述第一次級和第二次級均由鐵心構(gòu)成，由非導(dǎo)磁材料固定在地面。

4、進(jìn)一步地，所述初級電樞繞組為單層疊式結(jié)構(gòu)且通入三相交流電。

5、進(jìn)一步地，所述初級電樞繞組包括a相、b相和c相三相繞組，相序為a+、c-、b+、a-、c+和b-，根據(jù)氣隙磁場調(diào)制原理，電樞繞組極對數(shù)p、初級槽數(shù)np、和次級極數(shù)ns滿足：

6、

7、其中，n和k為正整數(shù)。

8、進(jìn)一步地，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)還包括初級極靴，所述初級極靴位于初級鐵心的槽口端部。

9、進(jìn)一步地，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)還包括初級極靴。

10、進(jìn)一步地，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)兩側(cè)各設(shè)置兩個長條型連接件，所述長條型連接件由非導(dǎo)磁材料制成，通過初級鐵心兩端的定位螺孔將初級鐵心固定在長條型連接件內(nèi)側(cè)。

11、進(jìn)一步地，所述第一次級內(nèi)側(cè)設(shè)置有第一氣隙，所述第二次級內(nèi)側(cè)設(shè)置有第二氣隙，位于第一次級側(cè)的永磁體和第一氣隙的距離與位于第二次級側(cè)的永磁體和第二氣隙的距離相等。

12、進(jìn)一步地，所述第一氣隙和第二氣隙的氣隙函數(shù)g(x,t)為：

13、g(x,t)＝gs(x,t)+gr(x,t)+g

14、

15、其中，gs(x,t)為次級齒槽效應(yīng)下的氣隙函數(shù)，gr(x,t)為初級齒槽效應(yīng)下的氣隙函數(shù)，g為初級齒與次級齒間的基準(zhǔn)氣隙長度，bcs為次級槽寬，hst為次級高度，wct為次級齒寬，ωs為第一參數(shù)，x為初級縱向距離，t為時間，wp為初級槽寬，gr為電樞繞組到初級齒的距離，wpt為初級齒寬，ωr為第二參數(shù)，v為初級運(yùn)動速度。

16、進(jìn)一步地，所述第一次級和第二次級的齒槽錯位距離為τ為次級極距。

17、進(jìn)一步地，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的推力fx和法向力fy分別為：

18、

19、

20、其中，lk為電機(jī)疊厚，l為初級縱向固定長度，g(·)為氣隙函數(shù)，re[·]表示取復(fù)數(shù)的實部，b(·)為氣隙磁密函數(shù)，dx表示電機(jī)縱向方向上的積分，dy為電機(jī)法向方向上的積分，dz為電機(jī)軸向方向上的積分，μ0為真空磁導(dǎo)率，s為雙邊次級錯齒距離；

21、氣隙磁密函數(shù)b(x,t)為：

22、

23、其中，js為行波電流層的幅值，j為旋轉(zhuǎn)因子，k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，w為磁場運(yùn)動角速度，為繞組電流初相角，λs為次級磁導(dǎo)，bpm(·)為永磁體氣隙磁密；

24、次級磁導(dǎo)函數(shù)為：

25、

26、

27、

28、

29、其中，λs0和λsk均為次級磁導(dǎo)函數(shù)用傅里葉級數(shù)表達(dá)的系數(shù)，ns為次級極數(shù)，np為初級槽數(shù)，lp為初級槽距，xs0為次級初始相對位置，β2為計算系數(shù)，τ為次級極距。

30、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過將電樞繞組和永磁體均放置在初級，永磁體采用halbach排列放置于槽口處，雙邊次級位置上平行放置，兩邊的齒槽錯位，在結(jié)構(gòu)上形成一種新型輕量化雙邊槽口型永磁直線電機(jī)。該雙邊槽口型永磁直線電機(jī)相比于單邊槽口型永磁直線電機(jī)，在保證推力一致的情況下，法向力能夠大幅減小，使得實際應(yīng)用中不需要采取其他措施規(guī)避法向力的影響；雙邊槽口型永磁直線電機(jī)相比于雙邊永磁直線同步電機(jī)，由于永磁體僅位于初級側(cè)而無需面貼于次級全行程范圍，用量與成本均大幅降低，降低實際應(yīng)用的工程造價，有利于長距離鋪設(shè)?？傊撾p邊槽口型永磁直線電機(jī)的雙邊次級、槽口結(jié)構(gòu)，使得電機(jī)推力波動比單邊槽口型永磁直線電機(jī)低，法向力趨近于零，且相比雙邊永磁直線同步電機(jī)三邊鐵心結(jié)構(gòu)造價更低。

技術(shù)特征：

1.一種雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括第一次級(1)、第二次級(2)、初級電樞繞組(3)、永磁體(4)和初級鐵心(5)，所述第一次級(1)和第二次級(2)平行且兩側(cè)的齒槽相向并錯位設(shè)置，所述初級鐵心(5)排列在所述第一次級(1)和第二次級(2)之間，所述初級鐵心(5)上下兩端均采用半開口槽，所述半開口槽處安裝有halbach排列的永磁體(4)，所述初級電樞繞組(3)疊繞在所述初級鐵心(5)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一次級(1)和第二次級(2)均由鐵心構(gòu)成，由非導(dǎo)磁材料固定在地面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述初級電樞繞組(3)為單層疊式結(jié)構(gòu)且通入三相交流電。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述初級電樞繞組(3)包括a相、b相和c相三相繞組，相序為a+、c-、b+、a-、c+和b-，根據(jù)氣隙磁場調(diào)制原理，電樞繞組極對數(shù)p、初級槽數(shù)np、和次級極數(shù)ns滿足：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)還包括初級極靴(6)，所述初級極靴(6)位于初級鐵心(5)的槽口端部。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)兩側(cè)各設(shè)置兩個長條型連接件(7)，所述長條型連接件(7)由非導(dǎo)磁材料制成，通過初級鐵心(5)兩端的定位螺孔將初級鐵心(5)固定在長條型連接件(7)內(nèi)側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一次級(1)內(nèi)側(cè)設(shè)置有第一氣隙(11)，所述第二次級(2)內(nèi)側(cè)設(shè)置有第二氣隙(22)，位于第一次級(1)側(cè)的永磁體(4)和第一氣隙(11)的距離與位于第二次級(2)側(cè)的永磁體(4)和第二氣隙(22)的距離相等。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一氣隙(11)和第二氣隙(22)的氣隙函數(shù)g(x,t)為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一次級(1)和第二次級(2)的齒槽錯位距離為τ為次級極距。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的推力fx和法向力fy分別為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙邊錯齒單層疊式繞組槽口型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)，涉及初級勵磁型永磁直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，包括第一次級(1)、第二次級(2)、初級電樞繞組(3)、永磁體(4)和初級鐵心(5)，所述第一次級(1)和第二次級(2)平行且兩側(cè)的齒槽相向并錯位設(shè)置，所述初級鐵心(5)排列在所述第一次級(1)和第二次級(2)之間，所述初級鐵心(5)上下兩端均采用半開口槽，所述半開口槽處安裝有Halbach排列的永磁體(4)，所述初級電樞繞組(3)疊繞在所述初級鐵心(5)上。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)推力波動大、不適用于長距離直線運(yùn)輸、造價偏高且安裝維護(hù)難度大的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王瀅,夏奧妮,阮霆濱,胡羽,顏麗群
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11