CN101888164A - 低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机 - Google Patents

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杜怿
邹国棠
樊英
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Abstract

本发明涉及一种低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：该电极包括电机初级和电机次级构成；所述电机初级包括设有线槽的初级铁心(1)、嵌入初级铁心(1)线槽内的初级绕组(2)、初级调磁铁心导磁块(3)、初级调磁铁心非导磁块(4)，初级调磁铁心导磁块(3)和初级调磁铁心非导磁块(4)沿电机运动方向依次间隔排列组成一个整体构成初级调磁铁心(8)，初级调磁铁心(8)固定于初级铁心(1)上。本发明利用调磁铁心调制电机磁场，实现无接触变速，减少接触损耗，提高电机的功率密度，减小系统体积、重量和制造成本。

Description

低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机
技术领域
本发明涉及一种单气隙磁齿轮复合直线电机，具体是低速大推力直线永磁电机，本发明涉及电工、电机领域。
背景技术
根据电机原理，动子运动速度越高，电机的体积、重量和制造成本就越小。在低速大推力应用场合，通常采用齿轮箱等机械方式来调节电机运行速度，以兼顾电机高功率密度的设计要求与低速大推力运行需要之间的矛盾。而对于直线电机要通过机械方式来调速不仅十分困难，而且将不可避免的带来噪声、机械损耗以及需要定期维护等问题，并将明显增加结构的复杂性以及体积和重量。
发明内容
技术问题：本发明针对现有技术的不足进行设计，提出了一种低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，目的在于提高低速大推力应用情况下电机的功率密度，简化系统结构，提高系统运行效率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机包括电机初级和电机次级构成；
所述电机初级包括设有线槽的初级铁心、嵌入初级铁心线槽内的初级绕组、初级调磁铁心导磁块、初级调磁铁心非导磁块，初级调磁铁心导磁块和初级调磁铁心非导磁块沿电机运动方向依次间隔排列组成一个整体构成初级调磁铁心，初级调磁铁心固定于初级铁心上；
所述电机次级包括次级永磁体和次级铁心，次级永磁体位于初级调磁铁心和次级铁心之间且固定于次级铁心上；
初级调磁铁心和次级永磁体之间还设有气隙。
优选的，该低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机包括单侧平板式结构，双侧平板式结构或圆筒式电机结构。
优选的，所述的初级铁心由普通硅钢片材料构成。
优选的，所述的初级绕组采用分布式绕组。
优选的，所述的初级调磁铁心固定于初级铁心上，将初级绕组完全封闭于线槽内。
优选的，所述次级永磁体是由多个永久磁铁组成，并且相邻的次级永磁体充磁方向相反，使气隙磁场沿电机运动方向成正弦分布。
优选的，所述的次级永磁体是由稀土钕铁硼材料制成。
有益效果：
1)通过初级调磁铁心的调制作用，调节电机内磁场极对数和运行速度，以提高电机功率密度；
2)电机初级和电机次级之间只设置一层气隙，相比多层气隙的磁齿轮复合电机，在相同磁负荷和电负荷情况下，有效减少磁路阻抗，进一步提高电机功率密度；
3)初级调磁铁心固定于初级铁心，便于安装，并将初级绕组完全封闭于初级线槽内，对绕组起到保护和固定作用。
附图说明
图1是-单侧平板式单气隙磁齿轮复合直线电机剖面图；
图2一双侧平板式、圆筒式单气隙磁齿轮复合直线电机剖面图；
图中：初级铁心1，初级绕组2，初级调磁铁心导磁块3，初级调磁铁心非导磁块4，气隙5，次级永磁体6，次级铁心7，初级调磁铁心8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提供的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机用于低速大推力应用场合，可运行于电动或发电状态，其结构包括电机初级、电机次级，该电机初级包括初级铁心、初级绕组和初级调磁铁心，初级绕组嵌入初级铁心的线槽内，初级调磁铁心固定于初级铁心上；电机次级包括次级永磁体和次级铁心，次级永磁体安装于次级铁心上；在电机初级和电机次级永磁体之间设有气隙。
所述的初级铁心由硅钢片制成。
所述的调磁铁心由导磁块和非导磁块沿电机运动方向间隔排列组成一个整体。
所述的电机次级永磁体是由多个永久磁铁组成，并且相邻的次级永磁体充磁方向相反，使气隙磁场沿电机运动方向成正弦分布。
所述的电机初级绕组电流产生磁场的有效极对数与电机次级永磁体有效极对数不等，电机调磁铁心导磁块的有效个数等于电机初级绕组电流产生磁场的有效极对数与电机次级永磁体有效极对数之和；电机初级铁心中，由电机次级永磁体产生的磁场的运动速度与电机初级绕组电流产生的磁场的运动速度相等，该运动速度与电机次级的运动速度大小之比等于电机次级永磁体的有效极对数与电机初级绕组电流产生磁场的有效极对数之比，且方向相反；电机气隙中，由电机初级绕组电流产生的磁场的运动速度与电机次级永磁体的运动速度相等，该运动速度与电机初级绕组电流在电机初级铁心中产生的磁场的运动速度大小之比等于电机初级绕组电流产磁场的有效极对数与电机次级永磁体有效极对数之比，且方向相反；
所述的单气隙磁齿轮复合直线电机包括单侧平板式、双侧平板式和圆筒式等多种电机形式。
参见图1-2，本发明的单气隙磁齿轮复合直线电机，包括电机初级、电机次级，该直线电机初级包括初级铁心1、初级绕组2、初级调磁铁心导磁块3、初级调磁铁心非导磁块4，初级绕组2嵌入初级铁心1的线槽内，初级调磁铁心导磁块3和初级调磁铁心非导磁块4沿电机运动方向依次间隔排列组成一个整体构成初级调磁铁心8，初级调磁铁心8固定于初级铁心1上；电机次级包括次级永磁体6、次级铁心7，次级永磁体6位于初级调磁铁心8和次级铁心7之间，并固定于次级铁心7上；在电机初级调磁铁心8和电机次级永磁体6之间还设有气隙5。
所述的初级铁心1由普通硅钢片材料构成，与普通直线电机制造工艺相同。
所述的初级绕组2采用分布式绕组，减少感生电动势谐波分量。
所述的调磁铁心8，由导磁块3和非导磁块4，沿电机运动方向依次间隔排列，构成一个整体，并固定于初级铁心1上。
所述的次级永磁体6是由稀土钕铁硼材料制成的永磁体，并且次级永磁体相邻的充磁方向相反，构成N、S结构。
所述的气隙5，具体是指存在于调磁铁心8和次级永磁体6之间的空气气隙。
所述的电机初级绕组2中电流产生磁场的有效极对数与电机次级永磁体6的有效极对数不等，电机调磁铁心导磁块3的有效个数等于电机初级绕组2中电流产生磁场的有效极对数与电机次级永磁体6的有效极对数之和；电机初级铁心1中，由电机次级永磁体6产生的磁场的运动速度与电机初级绕组2中电流产生的磁场的运动速度相等，该运动速度与电机次级7的运动速度大小之比等于电机次级永磁体6的有效极对数与电机初级绕组2中电流产生磁场的有效极对数之比，且方向相反；电机气隙5中，由电机初级绕组2中电流产生的磁场的运动速度与电机次级永磁体6的运动速度相等，该运动速度与电机初级绕组2中电流在电机初级铁心1中产生的磁场运动速度大小之比等于电机初级绕组2中电流产磁场的有效极对数与电机次级永磁体6的有效极对数之比，且方向相反；
本发明利用调磁铁心调制电机磁场，实现无接触变速，减少接触损耗，提高电机的功率密度，减小系统体积、重量和制造成本。

Claims (7)

1.一种低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：该电极包括电机初级和电机次级；
所述电机初级包括设有线槽的初级铁心(1)、嵌入初级铁心(1)线槽内的初级绕组(2)、初级调磁铁心导磁块(3)、初级调磁铁心非导磁块(4)，初级调磁铁心导磁块(3)和初级调磁铁心非导磁块(4)沿电机运动方向依次间隔排列组成一个整体构成初级调磁铁心(8)，初级调磁铁心(8)固定于初级铁心(1)上；
所述电机次级包括次级永磁体(6)和次级铁心(7)，次级永磁体(6)位于初级调磁铁心(8)和次级铁心(7)之间且固定于次级铁心(7)上；
初级调磁铁心(8)和次级永磁体(6)之间还设有气隙(5)。
2.根据权利要求1所述的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：该低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机包括单侧平板式结构，双侧平板式结构或圆筒式电机结构。
3.根据权利要求1所述的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：所述的初级铁心(1)由普通硅钢片材料构成。
4.根据权利要求1所述的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：所述的初级绕组(2)采用分布式绕组。
5.根据权利要求1所述的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：所述的初级调磁铁心(8)固定于初级铁心(1)上，将初级绕组(2)完全封闭于线槽内。
6.根据权利要求1所述的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：所述次级永磁体(6)是由多个永久磁铁组成，并且相邻的次级永磁体(6)充磁方向相反，使气隙(5)磁场沿电机运动方向成正弦分布。
7.根据权利要求1或6所述的低速大推力单气隙磁齿轮复合直线电机，其特征在于：所述的次级永磁体(6)是由稀土钕铁硼材料制成。
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