CN101582626A - 并联磁路圆筒型永磁直线同步电机 - Google Patents
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Abstract
并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，具体涉及电机领域，它解决了现有纵向磁通永磁直线同步电机存在的结构复杂、散热效果差、温升高，电机极距与齿距宽度存在冲突的问题，它的每个相电枢铁心单元包括i+1个圆环形铁心与i个铁心段间隔环，并沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心与一个铁心段间隔环的轴向厚度之和等于2τp，沿轴向相邻两个相电枢单元的中心线之间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列的永磁体的极距τp之间满足关系为Lt＝kτp±(1/m)τp，每个相电枢铁心单元的开有2n个齿槽，相电枢绕组单元的线圈缠绕在相电枢铁心单元的齿上，相邻齿上的线圈绕向相反，齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元，同相的相单元电枢绕组串联或并联组成一个相电枢绕组。它作为电动机或发电机使用。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种永磁直线同步电机。
背景技术
现有的纵向磁通圆筒型永磁直线同步电机的结构如图7所示。当电枢铁心采用硅钢片叠成时，由于叠片方向为轴向，永磁体以及绕组通电产生的电枢磁场方向有一部分会与叠片方向相同，在铁心中形成较大的涡流，产生较大的涡流损耗，并且铁心叠片工艺复杂，加工成本高；如果采用实心铁心，虽然工艺简单、成本低，但铁心会产生更大的涡流损耗，大大降低电机的效率。同时，由于相与相之间都存在磁耦合，这一方面会因互感的存在影响电流的控制精度；另一方面也会因每一相绕组通电产生的磁通所经过的磁路较长而使定子铁耗较大，从而限制了电机效率的进一步提高。另外，由于电机的涡流损耗大、散热困难，致使电机的温升高、寿命短。而且当次级极距较小时，使得电枢铁心齿宽与槽宽无法得到保证，电机的材料利用率低，性能变差。
发明内容
本发明为了解决现有纵向磁通永磁直线同步电机存在的结构复杂、散热效果差、温升高，电机极距与齿距宽度存在冲突的问题，而提出的一种并联磁路圆筒型永磁直线同步电机。
并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，它包括初级、次级和气隙；次级包括永磁体阵列和轴筒；永磁体阵列固定设置在轴筒上；初级包括相电枢单元和机壳；相电枢单元沿轴向依次排列在机壳内；相电枢单元包括相电枢铁心单元和相电枢绕组单元；每个相电枢铁心单元包括i+1个圆环形铁心与i个铁心段间隔环，其中i为正整数；所述的i+1个圆环形铁心与i个铁心段间隔环沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心与一个铁心段间隔环的轴向厚度之和等于2τp，其中τp为永磁体极距；沿轴向相邻两个相电枢单元的中心线之间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列的永磁体的极距τp之间满足关系为Lt＝kτp±(1/m)τp，其中m、k均正整数，m为电机的相数，m≥3；每个相电枢铁心单元的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，相电枢绕组单元的线圈缠绕在相电枢铁心单元的齿上，并且相邻齿上的线圈绕向相反，每个相电枢铁心单元的齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元，同相的相单元电枢绕组串联或并联连接组成一个相电枢绕组。
本发明并联磁路圆筒型永磁直线同步电机的结构，消除了相间互感，提高了电机的电流及电磁力控制精度和效率；同时，电机的散热效果好、温升低、寿命长；可实现模块化、电机极距与齿距的最优化。本发明的直线电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的直线电机结构示意图；图2是本发明的直线电机左视图；图3是永磁体阵列5在具体实施二中平面展开示意图；图4是永磁体阵列5在具体实施三中平面展开示意图；图5是具体实施方式六次级的左视图；图6是具体实施方式六中次级结构示意图；图7是现有纵向磁通圆筒型永磁直线同步电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括初级、次级和气隙；次级包括永磁体阵列5和轴筒6；永磁体阵列5固定设置在轴筒6上；初级包括相电枢单元1和机壳2；相电枢单元1沿轴向依次排列在机壳2内；相电枢单元1包括相电枢铁心单元3和相电枢绕组单元4；其特征在于每个相电枢铁心单元3包括i+1个圆环形铁心31与i个铁心段间隔环32，其中i为正整数；所述的i+1个圆环形铁心31与i个铁心段间隔环32沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心31与一个铁心段间隔环32的轴向厚度之和等于2τp，其中τp为永磁体极距；沿轴向相邻两个相电枢单元1的中心线之间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列5的永磁体的极距τp之间满足关系为Lt＝kτp±(1/m)τp，其中m、k均正整数，m为电机的相数，m≥3；每个相电枢铁心单元3的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，相电枢绕组单元4的线圈缠绕在相电枢铁心单元3的齿上，并且相邻齿上的线圈绕向相反，每个相电枢铁心单元3的齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元4，同相的相单元电枢绕组4串联或并联连接组成一个相电枢绕组。铁心段间隔环32由非导磁材料构成。电机既可为外初级、内次级结构，也可为外次级、内初级结构。电机既可为动初级结构，也可为动次级结构。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于次级增加了2n个非磁性间隔条7，永磁体阵列5包括m个扇形永磁体52和m-1个瓦片形永磁体51，扇形永磁体52为轴向充磁，瓦片形永磁体51为径向充磁，m个扇形永磁体52和m-1个瓦片形永磁体51沿轴向相间排列组成一列永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条7沿圆周方向相间排列，每轴向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体52的充磁方向相反；每轴向或者圆周方向相邻的两块瓦片形永磁体51的充磁方向相反；与上表面为N极的瓦片形永磁体51相邻的两块扇形永磁体52的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体51；与上表面为S极的瓦片形永磁体51相邻的两块扇形永磁体52的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体51。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于次级还增加了2n个非磁性间隔条7，永磁体阵列5包括m个扇形永磁体52和m-1个瓦片形导磁轭53，扇形永磁体52为轴向充磁，m个扇形永磁体52和m-1个瓦片形导磁轭53沿轴向相间排列组成一列永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条7沿圆周方向相间排列，每轴向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体52的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于次级增加了次级铁心，次级铁心包括j+1个次级圆环形导磁轭8和j个次级隔磁环9，其中j为正整数；j+1个次级圆环形导磁轭8与j个次级隔磁环9沿轴向依次间隔排列在轴筒6上，永磁体阵列5包括4n×j个平板形永磁体54，平板形永磁体54沿厚度方向平行充磁，4n个平板形永磁体54嵌入一个次级圆环形导磁轭8中，所述的4n个平板形永磁体54沿圆周方向平均分为2n个磁极，所述的每个磁极由两块平板形永磁体54组成，所述的两块平板形永磁体54产生的磁力线并联，所述的两块平板形永磁体54在圆周方向所形成的角度为360°/(2n)～180°；每相邻的两个磁极的永磁体的充磁方向相反，沿轴向每相邻两个圆环形导磁轭8中平板形永磁体54的充磁方向相反。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同点在于所述电机为单相电机，并且Lt＝kτp。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四不同点在于所述电机为两相电机，并且Lt＝kτp±(1/4)τp。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
Claims (7)
1、并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，它包括初级、次级和气隙；次级包括永磁体阵列(5)和轴筒(6)；永磁体阵列(5)固定设置在轴筒(6)上；初级包括相电枢单元(1)和机壳(2)；相电枢单元(1)沿轴向依次排列在机壳(2)内；相电枢单元(1)包括相电枢铁心单元(3)和相电枢绕组单元(4)；其特征在于每个相电枢铁心单元(3)包括i+1个圆环形铁心(31)与i个铁心段间隔环(32)，其中i为正整数；所述的i+1个圆环形铁心(31)与i个铁心段间隔环(32)沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心(31)与一个铁心段间隔环(32)的轴向厚度之和等于2τp，其中τp为永磁体极距；沿轴向相邻两个相电枢单元(1)的中心线之间的距离Lt与沿轴向永磁体阵列(5)的永磁体的极距τp之间满足关系为Lt＝kτp±(1/m)τp，其中m、k均正整数，m为电机的相数，m≥3；每个相电枢铁心单元(3)的内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，相电枢绕组单元(4)的线圈缠绕在相电枢铁心单元(3)的齿上，并且相邻齿上的线圈绕向相反，每个相电枢铁心单元(3)的齿上所有线圈串联连接组成一个相电枢绕组单元(4)，同相的相单元电枢绕组(4)串联或并联连接组成一个相电枢绕组。
2、根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于次级还包括2n个非磁性间隔条(7)，永磁体阵列(5)包括m个扇形永磁体(52)和m-1个瓦片形永磁体(51)，扇形永磁体(52)为轴向充磁，瓦片形永磁体(51)为径向充磁，m个扇形永磁体(52)和m-1个瓦片形永磁体(51)沿轴向相间排列组成一列永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条(7)沿圆周方向相间排列，每轴向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体(52)的充磁方向相反；每轴向或者圆周方向相邻的两块瓦片形永磁体(51)的充磁方向相反；与上表面为N极的瓦片形永磁体(51)相邻的两块扇形永磁体(52)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(51)；与上表面为S极的瓦片形永磁体(51)相邻的两块扇形永磁体(52)的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体(51)。
3、根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于次级还包括2n个非磁性间隔条(7)，永磁体阵列(5)包括m个扇形永磁体(52)和m-1个瓦片形导磁轭(53)，扇形永磁体(52)为轴向充磁，m个扇形永磁体(52)和m-1个瓦片形导磁轭(53)沿轴向相间排列组成一列永磁条，2n列永磁条与2n条非磁性间隔条(7)沿圆周方向相间排列，每轴向或者圆周方向相邻的两块扇形永磁体(52)的充磁方向相反。
4、根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于次级还包括次级铁心，次级铁心包括j+1个次级圆环形导磁轭(8)和j个次级隔磁环(9)，其中j为正整数；j+1个次级圆环形导磁轭(8)与j个次级隔磁环(9)沿轴向依次间隔排列在轴筒(6)上，永磁体阵列(5)包括4n×j个平板形永磁体(54)，平板形永磁体(54)沿厚度方向平行充磁，4n个平板形永磁体(54)嵌入一个次级圆环形导磁轭(8)中，所述的4n个平板形永磁体(54)沿圆周方向平均分为2n个磁极，所述的每个磁极由两块平板形永磁体(54)组成，所述的两块平板形永磁体(54)产生的磁力线并联，所述的两块平板形永磁体(54)在圆周方向所形成的角度为360°/(2n)～180°；每相邻的两个磁极的永磁体的充磁方向相反，沿轴向每相邻两个圆环形导磁轭(8)中平板形永磁体(54)的充磁方向相反。
5、根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于铁心段间隔环(32)由非导磁材料构成。
6、根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于所述电机为单相电机，并且Lt＝kτp。
7、根据权利要求1所述的并联磁路圆筒型永磁直线同步电机，其特征在于所述电机为两相电机，并且Lt＝kτp±(1/4)τp。
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