CN102158042B - 高动态圆筒形直线磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
高动态圆筒形直线磁阻电机，涉及电机技术领域。本发明解决了现有圆筒形永磁直线同步电机的电枢铁心结构存在的涡流损耗大、铁心结构复杂的问题。本发明所述的直线磁阻电机由初级、次级以及气隙构成，初级包括机壳、初级铁心、初级绕组以及永磁体，初级铁心由圆筒形初级轭和初级齿构成，初级齿由平行齿身和三角形或梯形齿靴构成，永磁体为三角形或梯形平板，轴向充磁，沿圆周方向嵌放在齿靴上所开的槽中；初级绕组的线圈绕在齿身上；次级包括次级铁心齿和间隔板，次级铁心齿和间隔板呈辐射状、二者沿运动方向依次相间排列；初级与次级同轴配置，二者之间为气隙。本发明具有推力密度高、容错能力强、动子质量小、动态响应快以及易实现模块化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及到电机技术，具体涉及到一种高动态圆筒形直线磁阻电机。
背景技术
现有的圆筒型永磁直线同步电机的结构如图12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和电机的动态特性；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，由于动子的质量大，系统的动态特性差。
发明内容
为了解决现有圆筒形永磁直线同步电机的电枢铁心结构存在的涡流损耗大、铁心结构复杂的问题，本发明提出了一种高动态圆筒形直线磁阻电机。
本发明所提供的一种高动态圆筒形直线磁阻电机包括初级、次级和气隙；次级包括导磁板和间隔板；导磁板和间隔板沿轴向依次相间排列，所述导磁板沿圆周方向均匀分布设置有2n个平行齿，所述间隔板与导磁板的形状相同，其中n为自然数；其特征在于初级包括机壳和多个相电枢单元；相电枢单元由相单元电枢铁心和相单元电枢绕组组成；相单元电枢铁心为在内圆周上均匀设置有2n个初级齿的圆环铁心，每个初级齿由平行齿身和齿靴构成；每个相单元电枢铁心的初级齿的齿靴上开有j个沿圆周方向的通槽，所述j个槽沿轴向均布，其中j为自然数；相邻两个通槽的中心之间的距离τm与次级中相邻两个导磁板的中心之间的距离τp满足关系2τm＝τp；每个通槽内嵌有一块平板型永磁体，所述平板型永磁体的形状与齿靴的形状相同，但平板型永磁体与齿靴相邻的表面的面积小于或等于对应的齿靴的表面的面积；每个相电枢单元中有2n×j块平板型永磁体，每块平板型永磁体为平行充磁，所述充磁方向是沿轴向充磁；沿轴向相邻两块平板型永磁体的充磁方向相反，并且沿圆周方向相邻的两块平板型永磁体的充磁方向相反；每个相单元电枢铁心的初级齿的平行齿身上缠绕有一个线圈，相邻初级齿上的两个线圈绕向相反，位于同一个相单元电枢铁心的初级齿上的所有线圈串联组成一个相单元电枢绕组，该相单元电枢绕组为集中绕组，属于同一相的所有相单元电枢绕组串联或并联为每相电枢绕组；多个相电枢单元沿轴向均匀分布固定在机壳内，沿轴向相邻两个相单元电枢铁心的中心之间的距离τt与次级的相邻两个导磁板的中心之间的距离τp之间满足关系τt＝kτp±(1/m)τp，其中k、m均为自然数，当电机为两相电机时，取m＝4，其余情况m等于电机的相数。
本发明还提供另一种高动态圆筒形直线磁阻电机包括初级、次级和气隙；次级包括导磁板和间隔板；导磁板和间隔板沿轴向依次相间排列，所述导磁板沿圆周方向均匀分布设置有2n个平行齿，所述间隔板与导磁板的形状相同，其中n为自然数；其特征在于初级包括机壳和多个相电枢单元；每个相电枢单元由相单元电枢铁心和相单元电枢绕组组成；相单元电枢铁心为在内圆周上均匀设置有2n个初级齿的圆环铁心，每个初级齿由平行齿身和齿靴构成；所述齿靴与次级的平行齿之间形成气隙，每个齿靴与气隙相邻的两个侧面上沿轴向排列固定有2i块平板型永磁体，其中i为自然数，每个相电枢单元中共有2n×2i块平板型永磁体，所有平板型永磁体为平行充磁，所述充磁方向与其所在齿靴的平面相垂直，且沿轴向相邻的永磁体充磁方向相反，位于同一个相单元电枢铁心上的、沿圆周方向相邻的两块平板型永磁体的充磁方向相反，沿轴向每相邻两块永磁体的中心之间的距离τm与次级中相邻两个导磁板之间的距离τp之间满足关系：2τm＝τp，多个相电枢单元沿轴向依次排列并固定在机壳内，沿轴向相邻两个相电枢单元之间的相单元电枢铁心的中心之间的距离τt与沿轴向次级中相邻两个导磁板之间的距离τp之间满足关系τt＝kτp±(1/m)τp，其中k、m均为自然数，当电机为两相电机时，取m＝4，其余情况m等于电机的相数，每个相单元电枢铁心的初级齿的平行齿身上缠绕有一个线圈，沿圆周方向相邻的两个线圈的绕向相反，位于同一个相单元电枢铁心的所有初级齿上的线圈串联组成一个相单元电枢绕组，属于同一相的相单元电枢绕组串联或并联组成该相的电枢绕组，所述枢绕组为集中绕组。
本发明采用特殊的初级结构及次级结构，构成一种高动态圆筒形直线磁阻电机，消除了相间互感，降低了次级质量，提高了电机的电流及电磁力控制精度、推力密度和动态特性。该电机既可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用。
附图说明
图1和图2是具体实施方式一所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机的横截面示意图，其中，图1中的齿靴4的横截面为直角三角形，图2中的齿靴4的横截面为等腰梯形，图3是图1所示的高动态圆筒形直线磁阻电机的初级结构示意图，图4是图3的A-A剖面图，图5是图1所示的高动态圆筒形直线磁阻电机的平板型永磁体7和齿靴4之间的位置关系示意图，图6是图1所示的高动态圆筒形直线磁阻电机的次级结构示意图，图7是图6的侧视图，图8和图9是具体实施方式二所述的高动态圆筒形直线磁阻电机的横截面示意图，图10是图8所示的的高动态圆筒形直线磁阻电机的初级结构示意图，图11是图10的C-C剖视图，图12是现有的圆筒型永磁直线同步电机的结构。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图7说明本实施方式。本实施方式的高动态圆筒形直线磁阻电机，它包括初级、次级和气隙；次级3包括导磁板8和间隔板9；导磁板8和间隔板9沿轴向依次相间排列，所述导磁板8沿圆周方向均匀分布设置有2n个平行齿，所述间隔板9与导磁板8的形状相同，其中n为自然数；其特征在于初级包括机壳1和多个相电枢单元10；相电枢单元10由相单元电枢铁心2和相单元电枢绕组组成；相单元电枢铁心2为在内圆周上均匀设置有2n个初级齿的圆环铁心，每个初级齿由平行齿身6和齿靴4构成；每个相单元电枢铁心2的初级齿的齿靴4上开有j个沿圆周方向的通槽，所述j个槽沿轴向均布，其中j为自然数；相邻两个通槽的中心之间的距离τm与次级3中相邻两个导磁板8的中心之间的距离τp满足关系2τm＝τp；每个通槽内嵌有一块平板型永磁体7，所述平板型永磁体7的形状与齿靴4的形状相同，但平板型永磁体7与齿靴4相邻的表面的面积小于或等于对应的齿靴4的表面的面积；每个相电枢单元10中有2n×j块平板型永磁体，每块平板型永磁体为平行充磁，所述充磁方向是沿轴向充磁；沿轴向相邻两块平板型永磁体的充磁方向相反，并且沿圆周方向相邻的两块平板型永磁体的充磁方向相反；每个相单元电枢铁心2的初级齿的平行齿身6上缠绕有一个线圈，相邻初级齿上的两个线圈绕向相反，位于同一个相单元电枢铁心2的初级齿上的所有线圈串联组成一个相单元电枢绕组，该相单元电枢绕组为集中绕组，属于同一相的所有相单元电枢绕组串联或并联为每相电枢绕组；多个相电枢单元沿轴向均匀分布固定在机壳1内，沿轴向相邻两个相单元电枢铁心的中心之间的距离τt与次级3的相邻两个导磁板8的中心之间的距离τp之间满足关系τt＝kτp±(1/m)τp，其中k、m均为自然数，当电机为两相电机时，取m＝4，其余情况m等于电机的相数。
所述平板型永磁体7的形状与齿靴4的形状相同，但平板型永磁体7与齿靴4相邻的表面的面积小于对应的齿靴4的表面的面积，使得平板型永磁体的沿圆周方向的宽度小于或等于齿靴的宽度，并且所述平板型永磁体的径向高度小于或等于齿靴的径向高度。参见图5所示，是平板型永磁体7比齿靴4小的情况，平板型永磁体7嵌入到通槽之后，其边缘与齿靴4边缘具有一定的距离。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机中的齿靴4的进一步限定，本实施方式所述的齿靴4的横截面为直角三角形或等腰梯形。
初级的齿靴4与次级的平行齿之间形成的为气隙，因此为了使气隙均匀，所述齿靴4的形状应当与次级的平行齿的外形相适应，进而保证齿靴4与次级之间所形成的气隙均匀。
当次级2中沿圆周方向相邻的两个次级齿之间为直角时，参见图1所示，则所述齿靴4为直角三角形，进而保证齿靴4与次级齿之间形成均匀的气隙。
当次级2中沿圆周方向相邻的两个次级齿之间不是直角时，参见图2所示，则所述齿靴4为等腰梯形，进而保证齿靴4与次级齿之间形成均匀的气隙。
具体实施方式三：参见图8至11说明本实施方式。本实施方式所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机，它包括初级、次级3和气隙；次级3包括导磁板8和间隔板9；导磁板8和间隔板9沿轴向依次相间排列，所述导磁板8沿圆周方向均匀分布设置有2n个平行齿，所述间隔板9与导磁板8的形状相同，其中n为自然数；其特征在于初级包括机壳1和多个相电枢单元10；每个相电枢单元10由相单元电枢铁心2和相单元电枢绕组组成；相单元电枢铁心2为在内圆周上均匀设置有2n个初级齿的圆环铁心，每个初级齿由平行齿身6和齿靴4构成；所述齿靴4与次级3的平行齿之间形成气隙，每个齿靴4与气隙相邻的两个侧面上沿轴向排列固定有2i块平板型永磁体7，其中i为自然数，每个相电枢单元10中共有2n×2i块平板型永磁体7，所有平板型永磁体7为平行充磁，所述充磁方向与其所在齿靴(4)的平面相垂直，且沿轴向相邻的永磁体充磁方向相反，位于同一个相单元电枢铁心2上的、沿圆周方向相邻的两块平板型永磁体7的充磁方向相反，沿轴向每相邻两块永磁体的中心之间的距离τm与次级3中相邻两个导磁板之间的距离τp之间满足关系：2τm＝τp，多个相电枢单元10沿轴向依次排列并固定在机壳1内，沿轴向相邻两个相电枢单元10之间的相单元电枢铁心2的中心之间的距离τt与沿轴向次级3中相邻两个导磁板之间的距离τp之间满足关系τt＝kτp±(1/m)τp，其中k、m均为自然数，当电机为两相电机时，取m＝4，其余情况m等于电机的相数，每个相单元电枢铁心2的初级齿的平行齿身6上缠绕有一个线圈5，沿圆周方向相邻的两个线圈5的绕向相反，位于同一个相单元电枢铁心2的所有初级齿上的线圈5串联组成一个相单元电枢绕组，属于同一相的相单元电枢绕组串联或并联组成该相的电枢绕组，所述枢绕组为集中绕组。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机中的齿靴4的进一步限定，本实施方式所述的齿靴4的横截面为直角三角形或等腰梯形。
初级的齿靴4与次级的平行齿之间形成的为气隙，因此为了使气隙均匀，所述齿靴4的形状应当与次级的平行齿的外形相适应，进而保证齿靴4与次级之间所形成的气隙均匀。
当次级2中沿圆周方向相邻的两个次级齿之间为直角时，参见图8所示，则所述齿靴4为直角三角形，进而保证齿靴4与次级齿之间形成均匀的气隙。
当次级2中沿圆周方向相邻的两个次级齿之间不是直角时，参见图9所示，则所述齿靴4为等腰梯形，进而保证齿靴4与次级齿之间形成均匀的气隙。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机中的次级的材料的进一步限定，所述次级的材料由高导磁材料构成。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机中的间隔板的材料的进一步限定，所述间隔板为非磁性材料。
Claims (8)
1.一种高动态圆筒形直线磁阻电机，它包括初级、次级和气隙；次级(3)包括导磁板(8)和间隔板(9)；导磁板(8)和间隔板(9)沿轴向依次相间排列，所述导磁板(8)沿圆周方向均匀分布设置有2n个平行齿，所述间隔板(9)与导磁板(8)的形状相同，其中n为自然数；其特征在于初级包括机壳(1)和多个相电枢单元(10)；相电枢单元(10)由相单元电枢铁心(2)和相单元电枢绕组组成；相单元电枢铁心(2)为在内圆周上均匀设置有2n个初级齿的圆环铁心，每个初级齿由平行齿身(6)和齿靴(4)构成；每个相单元电枢铁心(2)的初级齿的齿靴(4)上开有j个沿圆周方向的通槽，所述j个槽沿轴向均布，其中j为自然数；相邻两个通槽的中心之间的距离τm与次级(3)中相邻两个导磁板(8)的中心之间的距离τp满足关系2τm＝τp；每个通槽内嵌有一块平板型永磁体(7)，所述平板型永磁体(7)的形状与齿靴(4)的形状相同，但平板型永磁体(7)与齿靴(4)相邻的表面的面积小于或等于对应的齿靴(4)的表面的面积；每个相电枢单元(10)中有2n×j块平板型永磁体，每块平板型永磁体为平行充磁，所述充磁方向是沿轴向充磁；沿轴向相邻两块平板型永磁体的充磁方向相反，并且沿圆周方向相邻的两块平板型永磁体的充磁方向相反；每个相单元电枢铁心(2)的初级齿的平行齿身(6)上缠绕有一个线圈，相邻初级齿上的两个线圈绕向相反，位于同一个相单元电枢铁心(2)的初级齿上的所有线圈串联组成一个相单元电枢绕组，该相单元电枢绕组为集中绕组，属于同一相的所有相单元电枢绕组串联或并联为每相电枢绕组；多个相电枢单元沿轴向均匀分布固定在机壳(1)内，沿轴向相邻两个相单元电枢铁心的中心之间的距离τt与次级(3)的相邻两个导磁板(8)的中心之间的距离τp之间满足关系τt＝kτp±(1/m)τp，其中k、m均为自然数，当电机为两相电机时，取m＝4，其余情况m等于电机的相数。
2.根据权利要求1所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机，其特征在于，所述齿靴(4)的横截面为直角三角形或等腰梯形。
3.根据权利要求1所述的高动态圆筒形直线磁阻电机，其特征在于，次级齿由高导磁材料构成。
4.根据权利要求1所述的高动态圆筒形直线磁阻电机，其特征在于所述间隔板为非磁性材料。
5.一种高动态圆筒形直线磁阻电机，它包括初级、次级(3)和气隙；次级(3)包括导磁板(8)和间隔板(9)；导磁板(8)和间隔板(9)沿轴向依次相间排列，所述导磁板(8)沿圆周方向均匀分布设置有2n个平行齿，所述间隔板(9)与导磁板(8)的形状相同，其中n为自然数；其特征在于初级包括机壳(1)和多个相电枢单元(10)；每个相电枢单元(10)由相单元电枢铁心(2)和相单元电枢绕组组成；相单元电枢铁心(2)为在内圆周上均匀设置有2n个初级齿的圆环铁心，每个初级齿由平行齿身(6)和齿靴(4)构成；所述齿靴(4)与次级(3)的平行齿之间形成气隙，每个齿靴(4)与气隙相邻的两个侧面上沿轴向排列固定有2i块平板型永磁体(7)，其中i为自然数，每个相电枢单元(10)中共有2n×2i块平板型永磁体(7)，所有平板型永磁体(7)为平行充磁，所述充磁方向与其所在齿靴(4)的平面相垂直，且沿轴向相邻的永磁体的充磁方向相反，位于同一个相单元电枢铁心(2)上的、沿圆周方向相邻的两块平板型永磁体(7)的充磁方向相反，沿轴向每相邻两块永磁体的中心之间的距离τm与次级(3)中相邻两个导磁板之间的距离τp之间满足关系：2τm＝τp，多个相电枢单元(10)沿轴向依次排列并固定在机壳(1)内，沿轴向相邻两个相电枢单元(10)之间的相单元电枢铁心(2)的中心之间的距离τt与沿轴向次级(3)中相邻两个导磁板之间的距离τp之间满足关系τt＝kτp±(1/m)τp，其中k、m均为自然数，当电机为两相电机时，取m＝4，其余情况m等于电机的相数，每个相单元电枢铁心(2)的初级齿的平行齿身(6)上缠绕有一个线圈(5)，沿圆周方向相邻的两个线圈(5)的绕向相反，位于同一个相单元电枢铁心(2)的所有初级齿上的线圈(5)串联组成一个相单元电枢绕组，属于同一相的相单元电枢绕组串联或并联组成该相的电枢绕组，所述电枢绕组为集中绕组。
6.根据权利要求5所述的一种高动态圆筒形直线磁阻电机，其特征在于，所述齿靴(4)的横截面为直角三角形或等腰梯形。
7.根据权利要求5所述的高动态圆筒形直线磁阻电机，其特征在于，次级齿由高导磁材料构成。
8.根据权利要求5所述的高动态圆筒形直线磁阻电机，其特征在于所述间隔板为非磁性材料。
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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: 20121205 |