CN101741216B - 相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机 - Google Patents
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Abstract
相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机。本发明涉及电机领域。它解决了相与相之间存在磁耦合影响电流的控制精度的问题；以及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的缺点。本发明的初级的每个相单元由相单元铁心和相绕组组成；每个相单元铁心由2k个铁心单元组成；铁心单元为2n个长齿与2n个短齿之间分别依次连接有2n个外周磁轭段、2n个径向磁轭段和2n个内周磁轭段，每相邻两个铁心单元沿圆周方向依次错开360°/2n个角度；每个相单元铁心位于同一位置上的径向充磁段或齿共同绕有一个线圈，2n个线圈依次串联或并联形成相绕组，并且每个线圈的绕向相同；当电机为m相电机时，则有im个相单元组成，相邻两个相单元铁心之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m)]τp。它既可以作为电动机或发电机使用。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种圆筒形永磁同步直线电机。
背景技术
现有的圆筒形永磁直线同步电机的结构如图14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。
发明内容
本发明为了解决相与相之间存在磁耦合影响电流的控制精度的问题；以及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的缺点，而提出了一种相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机。
本发明由机壳、初级和次级组成；次级由永磁体阵列和轴筒组成；初级由若干个相单元组成；每个相单元由若干个相单元铁心和相绕组组成；每个相单元铁心由2k个铁心单元组成；每个铁心单元由2n个齿、2n个外周磁轭段、2n个内周磁轭段和2n个径向磁轭段组成；2n个齿由n个长齿和n个短齿组成，n个长齿与n个短齿沿圆周方向等角度间隔排列，每个长齿与每个短齿之间均依次连接有一个外周磁轭段、一个径向磁轭段和一个内周磁轭段，所述的长齿侧面根部与所述的外周磁轭段的一端侧面相连，所述的外周磁轭段的另一端侧面与所述的径向磁轭段一侧侧面根部相连，所述的径向磁轭段另一侧侧面端部与所述的内周磁轭段的一端侧面相连，所述的内周磁轭段的另一端侧面与所述的短齿侧面根部相连，并且外周磁轭段、径向磁轭段和内周磁轭段形成Z字形；2k个铁心单元沿轴向方向依次等间隔排列在机壳内，每相邻两个铁心单元沿圆周方向依次错开360°/2n个角度；每个相单元铁心位于同一位置上的径向磁轭段共同绕有一个线圈或每个相单元铁心位于同一位置上的齿共同绕有一个线圈，2n个线圈依次串联或并联形成相绕组，并且每个线圈的绕向相同；当电机为m相电机时，则有im个相单元组成，相邻两个相单元铁心之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m)τp，其中j、k、n、m、i均为自然数。
本发明采用特殊的相间电磁解耦型电枢结构，构成一种相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，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。由于消除了相间的磁耦合，缩短了绕组励磁磁通的磁路，且电枢铁心可以采用硅钢片叠成，磁通方向与硅钢片叠片方向垂直，因此本发明可以减小电机的涡流损耗，提高电机的效率，电流控制容易，系统的可靠性高，结构简单，易实现模块化。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是本发明的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机的主视图；图2是图1的径向剖视图；图3和图4是铁心单元5的结构示意图，图4相对于图3旋转60°；图5是具体实施方式三所述的永磁体阵列平面展开图；图6是具体实施方式四所述的永磁体阵列的平面展开图；图7是具体实施方式五所述的永磁体阵列的平面展开图；图8是具体实施方式六所述的永磁体阵列的平面展开图；图9是具体实施方式八所述的永磁体阵列的平面展开图；图10是具体实施方式七所述的永磁体阵列的平面展开图；图11是具体实施方式九所述的永磁体阵列的平面展开图；图12和图13是本发明的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机为三相电机的主视图；图14是现有的电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和12说明本实施方式，它由机壳1、初级和次级6组成；次级6由永磁体阵列和轴筒61组成；初级由若干个相单元2组成；每个相单元2由若干个相单元铁心3和相绕组4组成；每个相单元铁心3由2k个铁心单元5组成；
每个铁心单元5由2n个齿、2n个外周磁轭段53、2n个内周磁轭段54和2n个径向磁轭段55组成；2n个齿由n个长齿51和n个短齿52组成，n个长齿51与n个短齿52沿圆周方向等角度间隔排列，每个长齿51与每个短齿52之间均依次连接有一个外周磁轭段53、一个径向磁轭段55和一个内周磁轭段54，所述的长齿51侧面根部与所述的外周磁轭段53的一端侧面相连，所述的外周磁轭段53的另一端侧面与所述的径向磁轭段55一侧侧面根部相连，所述的径向磁轭段55另一侧侧面端部与所述的内周磁轭段54的一端侧面相连，所述的内周磁轭段54的另一端侧面与所述的短齿52侧面根部相连，并且外周磁轭段53、径向磁轭段55和内周磁轭段54形成Z字形；
2k个铁心单元5沿轴向方向依次等间隔排列在机壳1内，每相邻两个铁心单元5沿圆周方向依次错开360°/2n个角度；
每个相单元铁心3位于同一位置上的径向磁轭段55共同绕有一个线圈41或每个相单元铁心3位于同一位置上的齿共同绕有一个线圈41，2n个线圈41依次串联或并联形成相绕组4，并且每个线圈41的绕向相同；
当电机为m相电机时，则有im个相单元2组成，相邻两个相单元铁心3之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m)τp，其中j、k、n、m、i均为自然数。当电机为单相电机时，沿轴向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿轴向永磁体的极距τp之间满足关系τt＝τp；当电机为三相电机时，沿轴向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿轴向永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于轴筒61为圆筒形或圆柱形；轴筒61为导磁材料或非导磁材料。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5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永磁体阵列由瓦片形永磁体62组成，瓦片形永磁体62的充磁方向为径向充磁，所述多个瓦片形永磁体62沿圆周方向相邻排列组成一个永磁体圈，沿轴向有2q个永磁体圈相邻排列，每相邻两块瓦片形永磁体62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永磁体阵列由长条形永磁体63和瓦片形导磁轭64组成，长条形永磁体63的充磁方向为切向充磁，所述长条形永磁体63和瓦片形导磁轭64沿圆周方向相间排列，所述2q个长条形永磁体63沿轴向相邻排列，所述2q个瓦片形导磁轭64沿轴向相邻排列，轴向相邻或者圆周向相邻的两块长条形永磁体63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：结合图7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永磁体阵列由扇形永磁体65和瓦片形导磁轭64组成，扇形永磁体65的充磁方向为轴向充磁，多个扇形永磁体65沿圆周方向排列组成一个永磁体环，多个瓦片形导磁轭64沿圆周排列组成一个导磁轭筒，2q个永磁体环与2q个导磁轭筒沿轴相间排列，每轴向相邻或者圆周向相邻的两块扇形永磁体65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。
具体实施方式六：结合图8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永磁体阵列由长条形永磁体63、瓦片形导磁轭64和扇形永磁体65组成，长条形永磁体63和扇形永磁体65分别为切向充磁与轴向充磁，长条形永磁体63与瓦片形导磁轭64沿圆周方向相间排列，2q个扇形永磁体65与2q个瓦片形导磁轭64沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体63的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体65的充磁方向相反，并且与同一块瓦片形导磁轭64相邻的两块长条形永磁体63和两块扇形永磁体65的充磁方向均为指向所述瓦片形导磁轭64或者均为背向所述瓦片形导磁轭64。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图9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永磁体阵列由长条形永磁体63和瓦片形永磁体62组成，长条形永磁体63与瓦片形永磁体62分别为切向充磁与径向充磁，长条形永磁体63与瓦片形永磁体62沿圆周方向相间排列，2q个长条形永磁体63沿轴向相邻排列，2q个瓦片形永磁体62沿轴向相邻排列，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体63的充磁方向相反；每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体62的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体62相邻的两块长条形永磁体63的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体62；与上表面为S极的瓦片形永磁体62相邻的两块长条形永磁体63的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体62。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图10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永磁体阵列由扇形永磁体65和瓦片形永磁体62组成，扇形永磁体65与瓦片形永磁体62分别为轴向充磁与径向充磁，扇形永磁体65沿圆周方向相邻排列，瓦片形永磁体62沿圆周方向相邻排列，2q个扇形永磁体65和2q个瓦片形永磁体62沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体65的充磁方向相反；每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体62的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体62相邻的两块扇形永磁体65的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体62；与上表面为S极的瓦片形永磁体62相邻的两块扇形永磁体65的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体62。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图11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永磁体阵列由长条形永磁体63、扇形永磁体65和瓦片形永磁体62组成，长条形永磁体63、扇形永磁体65与瓦片形永磁体62分别为切向充磁、轴向充磁与径向充磁，长条形永磁体63与瓦片形永磁体62沿圆周方向相间排列，2q+1个扇形永磁体65与2q个瓦片形永磁体62沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体62的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体63的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体65的充磁方向相反，并且与上表面为N极的瓦片形永磁体62相邻的两块扇形永磁体65和两块长条形永磁体63的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体62；与上表面为S极的瓦片形永磁体62相邻的两块扇形永磁体65和两块长条形永磁体63的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体62。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 (10)
1.相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，它由机壳(1)、初级和次级(6)组成；次级(6)由永磁体阵列和轴筒(61)组成；
其特征在于初级由若干个相单元(2)组成；
每个相单元(2)由若干个相单元铁心(3)和相绕组(4)组成；
每个相单元铁心(3)由2k个铁心单元(5)组成；
每个铁心单元(5)由2n个齿、2n个外周磁轭段(53)、2n个内周磁轭段(54)和2n个径向磁轭段(55)组成；2n个齿由n个长齿(51)和n个短齿(52)组成，n个长齿(51)与n个短齿(52)沿圆周方向等角度间隔排列，每个长齿(51)与每个短齿(52)之间均依次连接有一个外周磁轭段(53)、一个径向磁轭段(55)和一个内周磁轭段(54)，所述的长齿(51)侧面根部与所述的外周磁轭段(53)的一端侧面相连，所述的外周磁轭段(53)的另一端侧面与所述的径向磁轭段(55)一侧侧面根部相连，所述的径向磁轭段(55)另一侧侧面端部与所述的内周磁轭段(54)的一端侧面相连，所述的内周磁轭段(54)的另一端侧面与所述的短齿(52)侧面根部相连，并且外周磁轭段(53)、径向磁轭段(55)和内周磁轭段(54)形成Z字形；
2k个铁心单元(5)沿轴向方向依次等间隔排列在机壳(1)内，每相邻两个铁心单元(5)沿圆周方向依次错开360°/2n个角度；
每个相单元铁心(3)位于同一位置上的径向磁轭段(55)共同绕有一个线圈(41)或每个相单元铁心(3)位于同一位置上的齿共同绕有一个线圈(41)，2n个线圈(41)依次串联或并联形成相绕组(4)，并且每个线圈(41)的绕向相同；
当电机为m相电机时，则有im个相单元(2)组成，相邻两个相单元铁心(3)之间的中心距L为L＝[(j-1)+1/m)]τp，其中j、k、n、m、i均为自然数，沿轴向永磁体的极距τp。
2.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于轴筒(61)为圆筒形或圆柱形；轴筒(61)为导磁材料或非导磁材料。
3.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列由瓦片形永磁体(62)组成，瓦片形永磁体(62)的充磁方向为径向充磁，所述多个瓦片形永磁体(62)沿圆周方向相邻排列组成一个永磁体圈，沿轴向有2q个永磁体圈相邻排列，每相邻两块瓦片形永磁体(62)的充磁方向相反。
4.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特 征在于永磁体阵列由长条形永磁体(63)和瓦片形导磁轭(64)组成，长条形永磁体(63)的充磁方向为切向充磁，所述长条形永磁体(63)和瓦片形导磁轭(64)沿圆周方向相间排列，所述2q个长条形永磁体(63)沿轴向相邻排列，所述2q个瓦片形导磁轭(64)沿轴向相邻排列，轴向相邻或者圆周向相邻的两块长条形永磁体(63)的充磁方向相反。
5.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列由扇形永磁体(65)和瓦片形导磁轭(64)组成，扇形永磁体(65)的充磁方向为轴向充磁，多个扇形永磁体(65)沿圆周方向排列组成一个永磁体环，多个瓦片形导磁轭(64)沿圆周排列组成一个导磁轭筒，2q个永磁体环与2q个导磁轭筒沿轴相间排列，每轴向相邻或者圆周向相邻的两块扇形永磁体(65)的充磁方向相反。
6.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列由长条形永磁体(63)、瓦片形导磁轭(64)和扇形永磁体(65)组成，长条形永磁体(63)和扇形永磁体(65)分别为切向充磁与轴向充磁，长条形永磁体(63)与瓦片形导磁轭(64)沿圆周方向相间排列，2q个扇形永磁体(65)与2q个瓦片形导磁轭(64)沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体(63)的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体(65)的充磁方向相反，并且与同一块瓦片形导磁轭(64)相邻的两块长条形永磁体(63)和两块扇形永磁体(65)的充磁方向均为指向所述瓦片形导磁轭(64)或者均为背向所述瓦片形导磁轭(64)。
7.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列由长条形永磁体(63)和瓦片形永磁体(62)组成，长条形永磁体(63)与瓦片形永磁体(62)分别为切向充磁与径向充磁，长条形永磁体(63)与瓦片形永磁体(62)沿圆周方向相间排列，2q个长条形永磁体(63)沿轴向相邻排列，2q个瓦片形永磁体(62)沿轴向相邻排列，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体(63)的充磁方向相反；每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体(62)的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体(62)相邻的两块长条形永磁体(63)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(62)；与上表面为S极的瓦片形永磁体(62)相邻的两块长条形永磁体(63)的充磁方向均为背向所述瓦片形永 磁体(62)。
8.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列由扇形永磁体(65)和瓦片形永磁体(62)组成，扇形永磁体(65)与瓦片形永磁体(62)分别为轴向充磁与径向充磁，扇形永磁体(65)沿圆周方向相邻排列，瓦片形永磁体(62)沿圆周方向相邻排列，2q个扇形永磁体(65)和2q个瓦片形永磁体(62)沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体(65)的充磁方向相反；每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体(62)的充磁方向相反；并且与上表面为N极的瓦片形永磁体(62)相邻的两块扇形永磁体(65)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(62)；与上表面为S极的瓦片形永磁体(62)相邻的两块扇形永磁体(65)的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体(62)。
9.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于永磁体阵列由长条形永磁体(63)、扇形永磁体(65)和瓦片形永磁体(62)组成，长条形永磁体(63)、扇形永磁体(65)与瓦片形永磁体(62)分别为切向充磁、轴向充磁与径向充磁，长条形永磁体(63)与瓦片形永磁体(62)沿圆周方向相间排列，2q+1个扇形永磁体(65)与2q个瓦片形永磁体(62)沿轴向相间排列，每轴向或者圆周向相邻的两块瓦片形永磁体(62)的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块长条形永磁体(63)的充磁方向相反，每轴向或者圆周向相邻的两块扇形永磁体(65)的充磁方向相反，并且与上表面为N极的瓦片形永磁体(62)相邻的两块扇形永磁体(65)和两块长条形永磁体(63)的充磁方向均指向所述瓦片形永磁体(62)；与上表面为S极的瓦片形永磁体(62)相邻的两块扇形永磁体(65)和两块长条形永磁体(63)的充磁方向均为背向所述瓦片形永磁体(62)。
10.根据权利要求1所述的相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机，其特征在于当电机为单相电机时，沿轴向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿轴向永磁体的极距τp之间满足关系τt＝τp；当电机为三相电机时，沿轴向相邻两个铁心单元之间的中心距τt与沿轴向永磁体的极距τp之间满足关系3nτt＝(3n±1)τp。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120627 Termination date: 20211224 |