CN101826784B - 模块化纵向磁场永磁电机 - Google Patents
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Abstract
模块化纵向磁场永磁电机，它涉及电机领域，它解决了铁心单元结构复杂的问题，并减小了绕组铜耗的缺点，以及达到原结构消除相间磁耦合的效果。相单元固定壳体的每个固定孔上均固定有一个相单元，每个相单元中铁心单元由两个齿和一个磁轭段组成；所述的磁轭段位于两齿之间，并沿运动方向连接成门字形，相单元绕组缠绕在铁心单元上；次级包括永磁体和导磁轭；永磁体固定在导磁轭上，永磁体每相邻两个充磁方向相反，或永磁体为Halbach永磁体结构；铁心单元的两个齿齿距τt与永磁体极距τp满足关系τt>τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿齿距τl与永磁体极距τp之间满足关系τl<τp，并且τt、τl、τp满足关系mk1（τt+τl）=(mk2±1)τp。它采用特殊相单元，可广泛应用于其他类型电机上。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域。
背景技术
传统的平板型直线永磁同步电机的结构如图9所示。电机为整数槽结构，即电机的每极每相槽数为整数。整数槽结构直线永磁同步电机存在的主要问题是：一方面电机的由齿槽效应引起的定位力较大；另一方面电机的性能体积比低，这主要是由于当电机的极距τp设计得大时，会使永磁体的导磁轭部增厚，从而会增加电机的体积和重量，而当电机的极距τp设计得小时，会使电枢铁心齿距τt很小，这会降低电枢齿的强度，即电机的齿距τt和极距τp的设计不容易兼顾。各相绕组线圈露在铁芯齿外的端部比较长，并且各相绕组线圈相互交叉，这样不但浪费线圈、增加铜耗，还使各相绕组间的绝缘工艺变得复杂，增加的制造成本。另外电机的永磁体位于次级上，当电机的行程较长时，制造电机所需要的铁心、铜导线或永磁体会随着行程成正比地增加，电机成本会相应地增加。相与相之间存在磁耦合，会因互感的存在影响电流的控制精度。
传统的多相永磁同步电机的结构如图10所示。该电机的电枢绕组为分布绕组，组成绕组所需要线圈的数量多，绕组的各相绕组端部相互交叉，绕组端部长，铜耗大；绕组绝缘复杂，制造成本高。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。
在先申请的中国专利申请号为200910217415.3的《相间电磁解耦圆筒形永磁同步直线电机》的发明专利、申请号为200910217413.4的《相间电磁解耦平板形永磁同步直线电机》的发明专利、申请号为200910217414.9的《横向磁通永磁平面电机》的发明专利、申请号为200910217412.X的《相间无耦合结构永磁同步电机》的发明专利和申请号为201010184685.1的《横向磁通变磁阻永磁电机》的发明专利中虽然解决横向磁通的问题，但还存在着铁心单元结构复杂的问题。在简化其结构过程中，需达到原结构消除相间磁耦合的效果，还能够提高电机绕组的槽满率，减小了绕组铜耗的是当前电机结构的一个难题。
发明内容
本发明为了解决铁心单元结构复杂的问题，并减小了绕组铜耗的缺点，以及达到原结构消除相间磁耦合的效果，而提出了模块化纵向磁场永磁电机。
模块化纵向磁场永磁电机为平板型直线电机时，它由初级和次级组成，初级和次级之间具有气隙；其特征在于初级由相单元固定壳体和若干个相单元组成；相单元固定壳体为平板型，相单元固定壳体的下表面沿运动方向等间隔开有方形固定孔，方形固定孔的数量与相单元的数量相同，每个方形固定孔内均固定安装有一个相单元；每个相单元由铁心单元和相单元绕组组成；所述的铁心单元由两个齿和一个磁轭段组成；所述的磁轭段位于两齿之间，并磁轭段和两齿沿运动方向连接成门字形，即所述的两个齿分别为第一齿和第二齿，第一齿、磁轭段和第二齿沿运动方向依次连接，第一齿的侧面上端与磁轭段的一端端面连接，磁轭段的另一端端面与第二齿的侧面上端连接；相单元绕组缠绕在铁心单元上；次级包括若干个平板形永磁体和平板形导磁轭；所述的若干个平板形永磁体沿运动方向均匀分布固定在平板形导磁轭上，平板形永磁体的充磁方向为沿运动方向平行充磁，并且每相邻两个平板形永磁体充磁方向相反，或平板形永磁体为Halbach永磁体结构；铁心单元的两个齿的齿距τt与平板形永磁体的极距τp满足关系τt＞τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿的齿距τ1与平板形永磁体的极距τp之间满足关系τ1＜τp，并且τt、τ1、τp满足关系mk1(τt+τ1)＝(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均为自然数，m为电机的相数，m≥3。
模块化纵向磁场永磁电机为旋转电机时，它由定子和转子组成，定子和转子之间具有气隙；其特征在于定子由相单元固定壳体和若干个相单元组成；相单元固定壳体为圆筒型，相单元固定壳体的内表面沿圆周方向等间隔开有扇形固定孔，扇形固定孔的数量与相单元的数量相同，每个扇形固定孔内均固定安装有一个相单元；每个相单元由铁心单元和相单元绕组组成；所述的铁心单元由两个齿和一个磁轭段组成；所述的磁轭段位于两齿之间，并磁轭段与两齿沿转子运动方向连接成门字形，即所述的两个齿分别为第一齿和第二齿，第一齿、磁轭段和第二齿沿转子运动方向依次连接，第一齿的侧面上端与磁轭段的一端端面连接，磁轭段的另一端端面与第二齿的侧面上端连接；相单元绕组缠绕在铁心单元上；转子包括若干个瓦片形永磁体和圆柱形或圆筒形导磁轭；所述的若干个瓦片形永磁体沿圆周方向均匀分布固定在圆柱形或圆筒形导磁轭上，瓦片形永磁体的充磁方向为径向充磁或垂直于轴向方向平行充磁，并且圆周方向每相邻两个瓦片形永磁体充磁方向相反，或瓦片形永磁体为Halbach永磁体结构；铁心单元的两个齿的齿距τt与瓦片形永磁体的极距τp满足关系τt＞τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿的齿距τ1与瓦片形永磁体的极距τp之间满足关系τ1＜τp，并且τt、τ1、τp满足关系mk1(τt+τ1)＝(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均为自然数，m为电机的相数，m≥3。
本发明采用特殊的相单元，构成模块化纵向磁场永磁电机，提高了电机绕组的槽满率，减小了绕组铜耗；消除了相间磁耦合，提高了电流控制精度及系统可靠性；相单元中的铁心单元的结构简单、体积小，且易实现模块化，在实际操作过程中能够根据实际参数要求改变铁心单元的个数，而且形成门字形的结构更为简化，制造工艺更为简单，能够降低电机的制造成本。
附图说明
图1是本发明的电机为线圈31缠绕在铁心单元2的磁轭段21时平板型直线电机的主视剖面图；图2是图1的侧视剖面图；图3是本发明的电机为两个线圈31分别缠绕在铁心单元2的两个齿时平板型直线电机的主视剖面图；图4是图2的侧视剖面图；图5和图6是铁心单元2的结构示意图，其中图5是平板型直线电机铁心单元2的结构示意图，图6是旋转电机铁心单元2的结构示意图；图7是本发明的电机为线圈31缠绕在铁心单元2的磁轭段21时旋转电机的主视剖面图；图8是本发明的电机为两个线圈31分别缠绕在铁心单元2的两个齿时旋转电机的主视剖面图，图9是传统的平板型直线永磁同步电机的结构示意图，图10是传统的多相永磁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至图5说明本实施方式，本实施方式的电机为平板型直线电机由初级和次级组成，初级和次级之间具有气隙；初级由相单元固定壳体4和若干个相单元1组成；相单元固定壳体4为平板型，相单元固定壳体4的下表面沿运动方向等间隔开有方形固定孔41，方形固定孔41的数量与相单元1的数量相同，每个方形固定孔41内均固定安装有一个相单元1；每个相单元1由铁心单元2和相单元绕组3组成；所述的铁心单元2由两个齿和一个磁轭段21组成；所述的磁轭段21位于两齿之间，并磁轭段21和两齿沿运动方向连接成门字形，即所述的两个齿分别为第一齿22和第二齿23，第一齿22、磁轭段21和第二齿23沿运动方向依次连接，第一齿22的侧面上端与磁轭段21的一端端面连接，磁轭段21的另一端端面与第二齿23的侧面上端连接；相单元绕组3缠绕在铁心单元2上；次级包括若干个平板形永磁体51和平板形导磁轭61；所述的若干个平板形永磁体51沿运动方向均匀分布固定在平板形导磁轭61上，平板形永磁体51的充磁方向为沿运动方向平行充磁，并且每相邻两个平板形永磁体51充磁方向相反，或平板形永磁体51为Halbach永磁体结构；铁心单元2的两个齿的齿距τt与平板形永磁体51的极距τp满足关系τt＞τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿的齿距τ1与平板形永磁体51的极距τp之间满足关系τ1＜τp，并且τt、τ1、τp满足关系mk1(τt+τ1)＝(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均为自然数，m为电机的相数，m≥3。
具体实施方式二：结合图1和图2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相单元绕组3由一个线圈31组成，所述的线圈31缠绕在铁心单元2的磁轭段21上。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3和图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相单元绕组3由两个线圈31组成，所述的两个线圈31分别缠绕在铁心单元2的两个齿上，所述的两个线圈31绕向相反，并且两个线圈31串联。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：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同点在于相单元固定壳体4为非磁性材料。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同点在于平板形永磁体51粘贴在平板形导磁轭61上或平板形永磁体51嵌在平板形导磁轭61内。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式六：结合图6至图8说明本实施方式，本实施方式的电机为旋转电机由定子和转子组成，定子和转子之间具有气隙；定子由相单元固定壳体4和若干个相单元1组成；相单元固定壳体4为圆筒型，相单元固定壳体4的内表面沿圆周方向等间隔开有扇形固定孔42，扇形固定孔42的数量与相单元1的数量相同，每个扇形固定孔42内均固定安装有一个相单元1；每个相单元1由铁心单元2和相单元绕组3组成；所述的铁心单元2由两个齿和一个磁轭段21组成；所述的磁轭段21位于两齿之间，并磁轭段21与两齿沿转子运动方向连接成门字形，即所述的两个齿分别为第一齿22和第二齿23，第一齿22、磁轭段21和第二齿23沿转子运动方向依次连接，第一齿22的侧面上端与磁轭段21的一端端面连接，磁轭段21的另一端端面与第二齿23的侧面上端连接；相单元绕组3缠绕在铁心单元2上；次级包括若干个瓦片形永磁体52和圆柱形或圆筒形导磁轭62；所述的若干个瓦片形永磁体52沿圆周方向均匀分布固定在圆柱形或圆筒形导磁轭62上，瓦片形永磁体52的充磁方向为径向充磁或垂直于轴向方向平行充磁，并且圆周方向每相邻两个瓦片形永磁体52充磁方向相反，或瓦片形永磁体52为Halbach永磁体结构；铁心单元2的两个齿的齿距τt与瓦片形永磁体52的极距τp满足关系τt＞τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿的齿距τ1与瓦片形永磁体52的极距τp之间满足关系τ1＜τp，并且τt、τ1、τp满足关系mk1(τt+τ1)＝(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均为自然数，m为电机的相数，m≥3。
具体实施方式七：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六不同点在于相单元绕组3由一个线圈31组成，所述的线圈31缠绕在铁心单元2的磁轭段21上。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六不同点在于相单元绕组3由两个线圈31组成，所述的两个线圈31分别缠绕在铁心单元2的两个齿上，所述的两个线圈31绕向相反，并且两个线圈31串联。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六、七或八不同点在于相单元固定壳体4为非磁性材料。其它组成和连接方式与具体实施方式六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六、七或八不同点在于瓦片形永磁体52粘贴在圆柱形或圆筒形导磁轭62上或瓦片形永磁体52嵌在圆柱形或圆筒形导磁轭62内。其它组成和连接方式与具体实施方式六、七或八相同。
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.模块化纵向磁场永磁电机，它由初级和次级组成，初级和次级之间具有气隙；其特征在于初级由相单元固定壳体(4)和若干个相单元(1)组成；相单元固定壳体(4)为平板型，相单元固定壳体(4)的下表面沿运动方向等间隔开有方形固定孔(41)，方形固定孔(41)的数量与相单元(1)的数量相同，每个方形固定孔(41)内均固定安装有一个相单元(1)；每个相单元(1)由铁心单元(2)和相单元绕组(3)组成；所述的铁心单元(2)由两个齿和一个磁轭段(21)组成；所述的磁轭段(21)位于两齿之间，并磁轭段(21)和两齿沿运动方向连接成门字形，即所述的两个齿分别为第一齿(22)和第二齿(23)，第一齿(22)、磁轭段(21)和第二齿(23)沿运动方向依次连接，第一齿(22)的侧面上端与磁轭段(21)的一端端面连接，磁轭段(21)的另一端端面与第二齿(23)的侧面上端连接；相单元绕组(3)缠绕在铁心单元(2)上；次级包括若干个平板形永磁体(51)和平板形导磁轭(61)；所述的若干个平板形永磁体(51)沿运动方向均匀分布固定在平板形导磁轭(61)上，平板形永磁体(51)的充磁方向为沿运动方向平行充磁，并且每相邻两个平板形永磁体(51)充磁方向相反，或平板形永磁体(51)为Halbach永磁体结构；铁心单元(2)的两个齿的齿距τ1与平板形永磁体(51)的极距τp满足关系τt＞τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿的齿距τ1与平板形永磁体(51)的极距τp之间满足关系τ1＜τp，并且τt、τ1、τp满足关系mk1(τt+τ1)＝(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均为自然数，m为电机的相数，m≥3。
2.根据权利要求1所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于相单元绕组(3)由一个线圈(31)组成，所述的线圈(31)缠绕在铁心单元(2)的磁轭段(21)上。
3.根据权利要求1所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于相单元绕组(3)由两个线圈(31)组成，所述的两个线圈(31)分别缠绕在铁心单元(2)的两个齿上，所述的两个线圈(31)绕向相反，并且两个线圈(31)串联。
4.根据权利要求1、2或3所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于相单元固定壳体(4)为非磁性材料。
5.根据权利要求1、2或3所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于平板形永磁体(51)粘贴在平板形导磁轭(61)上或平板形永磁体(51)嵌在平板形导磁轭(61)内。
6.模块化纵向磁场永磁电机，它由定子和转子组成，定子和转子之间具有气隙；其特征在于定子由相单元固定壳体(4)和若干个相单元(1)组成；相单元固定壳体(4)为圆筒型，相单元固定壳体(4)的内表面沿圆周方向等间隔开有扇形固定孔(42)，扇形固定孔(42)的数量与相单元(1)的数量相同，每个扇形固定孔(42)内均固定安装有一个相单元(1)；每个相单元(1)由铁心单元(2)和相单元绕组(3)组成；所述的铁心单元(2)由两个齿和一个磁轭段(21)组成；所述的磁轭段(21)位于两齿之间，并磁轭段(21)与两齿沿转子运动方向连接成门字形，即所述的两个齿分别为第一齿(22)和第二齿(23)，第一齿(22)、磁轭段(21)和第二齿(23)沿转子运动方向依次连接，第一齿(22)的侧面上端与磁轭段(21)的一端端面连接，磁轭段(21)的另一端端面与第二齿(23)的侧面上端连接；相单元绕组(3)缠绕在铁心单元(2)上；转子包括若干个瓦片形永磁体(52)和圆柱形或圆筒形导磁轭(62)；所述的若干个瓦片形永磁体(52)沿圆周方向均匀分布固定在圆柱形或圆筒形导磁轭(62)上，瓦片形永磁体(52)的充磁方向为径向充磁或垂直于轴向方向平行充磁，并且圆周方向每相邻两个瓦片形永磁体(52)充磁方向相反，或瓦片形永磁体(52)为Halbach永磁体结构；铁心单元(2)的两个齿的齿距τt与瓦片形永磁体(52)的极距τp满足关系τt＞τp，位于不同相单元中且相邻的两个齿的齿距τ1与瓦片形永磁体(52)的极距τp之间满足关系τ1＜τp，并且τt、τ1、τp满足关系mk1(τt+τ1)＝(mk2±1)τp，其中m、k1、k2均为自然数，m为电机的相数，m≥3。
7.根据权利要求6所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于相单元绕组(3)由一个线圈(31)组成，所述的线圈(31)缠绕在铁心单元(2)的磁轭段(21)上。
8.根据权利要求6所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于相单元绕组(3)由两个线圈(31)组成，所述的两个线圈(31)分别缠绕在铁心单元(2)的两个齿上，所述的两个线圈(31)绕向相反，并且两个线圈(31)串联。
9.根据权利要求6、7或8所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于相单元固定壳体(4)为非磁性材料。
10.根据权利要求6、7或8所述的模块化纵向磁场永磁电机，其特征在于瓦片形永磁体(52)粘贴在圆柱形或圆筒形导磁轭(62)上或瓦片形永磁体(52)嵌在圆柱形或圆筒形导磁轭(62)内。
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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 |