CN101355289B

CN101355289B - 模块化容错型永磁开关磁链直线电机

Info

Publication number: CN101355289B
Application number: CN2008101209748A
Authority: CN
Inventors: 沈建新; 王灿飞
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101355289A

Abstract

本发明公开的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，包括定子和动子，定子为齿槽式铁心构成的平板或圆筒，动子为若干个模块和磁阻片间隔排列构成的平板或圆筒，每个模块包括两个倒置的“U”形铁心、夹置在两个“U”形铁心中间的永磁体和三相电枢绕组，夹置永磁体的两个“U”铁心边形成电枢齿，夹置磁阻片的两个“U”铁心边形成辅助齿，三相电枢绕组绕在电枢齿上，辅助齿上不绕绕组，相邻模块的永磁体N极、S极交替排列。本发明的直线电机，所需线圈和永磁体都置于动子部分，定子部分仅由铁心叠片构成，成本低廉，特别适合长距离直线运动驱动系统；此外，模块化设计方便装配，易于大规模生产。

Description

模块化容错型永磁开关磁链直线电机

技术领域

本发明涉及永磁无刷直流电机，尤其是模块化容错型永磁开关磁链直线电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

电机是传动系统中的主要驱动部件，选用合适的电机可以提高整个传动系统的性能。在许多直线运动的场合，传统的旋转电机都需要通过一定的机械传动部件，比如丝杆等，将旋转电机输出的旋转运动形式转成直线运动形式，再最终用于驱动直线运动。这样带来的问题包括，系统体积增大、重量增加，噪声高、机械惯量大造成控制精度低，而且维护成本高，使用寿命短。比较合理的解决方法就是采用合适的直线电机来代替旋转电机，免去了机械传动部件而采用直线电机直接驱动。虽然，旋转电机本身的效率会比直线电机高，但是综合考虑整个传动系统的效率，直线电机直驱系统要高一些。

随着电力电子技术、永磁材料和微机控制技术的发展，永磁无刷直流电机得到迅速发展，永磁无刷直流电机具有高效、高功率密度、高可靠性的特点，随着高性能永磁材料的问世，大大提高了永磁无刷直流电机的功率密度和性能。而相应形式的永磁无刷直流直线电机也被相应提出，但是因为永磁体和绕组被分别置于定子和动子上，当行程较长时，无论是永磁体置于定子上或者绕组被置于定子上，所需永磁体或者绕组数量巨大，成本很高。

近来，一种新型的永磁开关磁链电机被越来越广泛的研究。在该旋转电机中，永磁体和绕组都被置于定子侧，而转子仅由铁心叠片构成。永磁开关磁链电机同样表现出高效、高功率密度、高可靠性等特点，而且易于散热、具有良好的过载能力。与之相应的直线电机形式也被提出，永磁开关磁链直线电机中，永磁体和绕组置于动子侧，定子仅由铁心构成。因此在长行程情况下，所需的永磁体和绕组都很少，成本很低。但是，传统永磁开关磁链直线电机中，端部漏磁严重，永磁体利用率低下，而且在一个槽中放置两组绕组槽满率较低。

发明内容

本发明的目的是提出一种模块化容错型永磁开关磁链直线电机，提高永磁体利用率并具备相当的容错能力，适合应用于交通牵引、工业传动等领域。

本发明公开的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，包括定子和动子，定子为齿槽式铁心构成的平板或圆筒，动子为若干个模块和磁阻片间隔排列构成的平板或圆筒，每个模块包括两个倒置的“U”形铁心、夹置在两个“U”形铁心中间的永磁体和三相电枢绕组，夹置永磁体的两个“U”铁心边形成电枢齿，夹置磁阻片的两个“U”铁心边形成辅助齿，三相电枢绕组绕在电枢齿上，辅助齿上不绕绕组，相邻模块的永磁体N极、S极交替排列。

上述的定子铁心由硅钢片叠制而成。所说的“U”形铁心的开口是全开口或半开口；由硅钢片叠制而成。

本发明中，所说的永磁体为平行充磁的钕铁硼、钐钴或铁氧体。所说的三相电枢绕组为集中绕组、分数槽绕组或分布绕组。所说的磁阻片为塑料、铝或陶瓷。

由于定子齿形成的凸极效应，随着动子位置的改变，电枢绕组所铰链的永磁体励磁磁链发生双极性变化，由此感应产生反电势，如果给电枢绕组施加适当电流即可驱动动子直线运动。通过控制加到电枢绕组上的电压大小和频率，则可调节电机的速度，适合不同场合的需要。

本发明的有益效果：

1.模块化容错型永磁开关磁链直线电机具有永磁开关磁链旋转电机和直线电机的优点。

2.永磁体和三相电枢绕组都置于长度较短的动子侧，定子仅由铁心叠片构成，成本低廉，特别是长行程时具有极大的成本优势。

3.模块化设计方便装配，易于低成本大批量生产。

4.三相电枢绕组间隔排布，绕组之间互感很小，实现了绕组之间的电磁隔绝，具有较高容错性能。

5.辅助齿对三相电枢绕组起到物理隔绝的作用，进一步提高电机的容错性能。

6.可采用传统永磁无刷直流电机的控制方法，控制灵活、多样。

附图说明

图1是本发明模块化容错型永磁开关磁链直线电机的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，模块化容错型永磁开关磁链直线电机包括定子1和动子2，图示实例中，定子为齿槽式铁心构成的平板，动子为若干个模块3和磁阻片4间隔排列构成的平板，每个模块包括两个倒置的“U”形铁心3.1、夹置在两个“U”形铁心中间的永磁体3.2和三相电枢绕组3.3，夹置永磁体3.2的两个“U”铁心边形成电枢齿，夹置磁阻片4的两个“U”铁心边形成辅助齿，三相电枢绕组3.3绕在电枢齿上，辅助齿上不绕绕组，相邻模块的永磁体N极、S极交替排列。

图例中，动子2由6个模块3和5个磁阻片4构成，三相电枢绕组3.3为两对极集中绕组；在动子有效长度内，永磁体共6块，定子齿数为14。

工作时，将三相电枢绕组与控制电路相连，控制电路接到直流电源。利用位置传感器检测动子位置，由此确定三相电枢绕组的导通状态，因为直流电源通过控制电路给三相绕组加载频率为f的三相电压，则在三相绕组中流过频率同为f的三相电流，动子速度v_s＝2·τ_s·f(τ_s为定子齿间距)。改变电压大小和频率，可以调节动子速度。

Claims

1.模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于，包括定子(1)和动子(2)，定子为齿槽式铁心构成的平板或圆筒，动子为若干个模块(3)和磁阻片(4)间隔排列构成的平板或圆筒，每个模块包括两个倒置的“U”形铁心(3.1)、夹置在两个“U”形铁心中间的永磁体(3.2)和三相电枢绕组(3.3)，夹置永磁体(3.2)的两个“U”形铁心边形成电枢齿，夹置磁阻片(4)的两个“U”形铁心边形成辅助齿，三相电枢绕组(3.3)绕在电枢齿上，辅助齿上不绕绕组，相邻模块的永磁体N极、S极交替排列。

2.根据权利要求1所述的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于所说的定子(1)铁心由硅钢片叠制而成。

3.根据权利要求1所述的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于“U”形铁心(3.1)的开口为全开口或半开口。

4.根据权利要求1所述的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于“U”形铁心(3.1)由硅钢片叠制而成。

5.根据权利要求1所述的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于所说的永磁体(3.2)为平行充磁的钕铁硼、钐钴或铁氧体。

6.根据权利要求1所述的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于所说的三相电枢绕组(3.3)为集中绕组、分数槽绕组或分布绕组。

7.根据权利要求1所述的模块化容错型永磁开关磁链直线电机，其特征在于所说的磁阻片(4)为塑料、铝或陶瓷。