CN102684448A - 一种高功率密度的开关磁阻直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种高功率密度的开关磁阻直线电机，包括初级结构、次级结构，初级结构和次级结构之间为支撑结构，初级结构包括初级铁心、初级主极、初级辅助极、电枢绕组，初级主极沿次级结构的运动方向均匀的安装在初级铁心上，每个初级主极的两侧均安装初级辅助极，电枢绕组为绕组线圈分别绕制在各个初级主极上；次级结构包括次级铁心、次级主极、次级辅助极，次级主极沿次级结构的运动方向排列并安装在次级铁心上，次级主极的个数为偶数，在每个次级主极的两端均布置次级辅助极。本发明电枢绕组的利用率高，功率密度高。

Description

一种高功率密度的开关磁阻直线电机

技术领域

本发明涉及的是一种电机，具体地说是直线电机。

背景技术

现有的各种直线电机，其电枢绕组不可避免地存在有端部，但是在实际运行过程中，电枢绕组的端部并不参与机电能量转换，电流流经端部时产生的端部磁场，对电机的运行会带来不利的影响，并且绕组端部的存在，还会导致电机重量、体积的增加，功率密度的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供充分利用电机电枢绕组的端部、进一步改善开关磁阻直线电机的运行性能的一种高功率密度的开关磁阻直线电机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种高功率密度的开关磁阻直线电机，包括初级结构、次级结构，初级结构和次级结构之间为支撑结构，其特征是：初级结构包括初级铁心、初级主极、初级辅助极、电枢绕组，初级主极沿次级结构的运动方向均匀的安装在初级铁心上，每个初级主极的两侧均安装初级辅助极，电枢绕组为绕组线圈分别绕制在各个初级主极上；次级结构包括次级铁心、次级主极、次级辅助极，次级主极沿次级结构的运动方向排列并安装在次级铁心上，次级主极的个数为偶数，在每个次级主极的两端均布置次级辅助极。

本发明还可以包括：

1、在初级铁心的纵向两端再各增加一个初级主极及其两侧的初级辅助极，所述的两个初级主极上没有绕制电枢绕组。

2、初级辅助极的宽度与初级主极的宽度相同，次级辅助极的宽度与次级主极的宽度相同。

3、所述的初级铁心、初级主极、初级辅助极为一体；所述的次级铁心、次级主极、次级辅助极为一体。

本发明的优势在于：

（1）具有本发明特征的开关磁阻直线电机，其电枢绕组的利用率高。在其电枢绕组中不存在有传统开关磁阻直线电机绕组中的端部，在电机的运行过程中，流经电枢绕组的电流被充分利用，以形成气隙主磁场（具体为工作原理所述的三个磁场分量），全部的电枢绕组都参与了电机的机电能量转换过程。

（2）具有本发明特征的开关磁阻直线电机，其功率密度（或称为力密度）高。在运行过程中，其总的电磁力由三个部分构成，因此与现有的其他开关磁阻直线电机相比，具有本发明结构的开关磁阻直线电机可以产生更大的电磁力，拥有更高的功率密度。

附图说明

图1为本发明的运动方向视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2中的初级结构俯视图；

图4为图3的AA剖面图；

图5为图2中的次级结构的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～5，本发明提出的一种具高功率密度的开关磁阻直线电机，从电机主体的构成来讲，与现有的传统开关磁阻直线电机相同，都是由放置有电枢绕组的凸极结构的初级、凸极结构的次级、初级和次级之间的支撑结构，以及位置传感器等组成。主要的区别是在于初级和次级的具体结构上，具体结构如下：

（1）初级结构。初级铁心1为平板结构；初级铁心1与次级相对的表面上安装有多个凸出的初级主极2，初级主极2沿次级的运动方向均匀分布；初级铁心1上，在每个初级主极2的两侧，即在运动平面内垂直于运动方向的方向，分别安装有凸出的初级辅助极3，初级辅助极3的宽度，即运动方向的长度，与初级主极1相同，电枢绕组4由多相分别绕制在各个初级主极2上的绕组线圈构成，电枢绕组4与初级主极2的相互关系以及具体的绕制方式与现有的开关磁阻电机中电枢绕组与初级（或定子）凸出极的相互关系和绕制方法基本相同；考虑到直线电机直线运动的特点，为了减小纵向（即运动方向）端部效应，在初级铁心1的纵向两端再各增加一个初级主极2，及其两侧的初级辅助极3，但这两个初级主极2上没有绕制电枢绕组4的绕组线圈。

（2）次级结构。次级铁心5为平板结构；在次级铁心5与初级相对的表面上固定安装有多个凸出的，且为偶数个的次级主极6，次级主极6沿次级的运动方向排列，次级主极6与初级上的初级主极1之间的数量以及相对位置关系和现有的传统结构的开关磁阻直线电机相同；在每个次级主极6的两侧，即在运动平面内垂直于运动方向的方向，分别放置有次级辅助极7，次级辅助极7的宽度，即运动方向的长度，与次级主极6相同，次级辅助极7的空间位置与初级上的初级辅助极3的空间位置沿垂直于运动平面的法向方向相对应。

具有本发明特征的高功率密度的开关磁阻直线电机，可以采用现有的开关磁阻直线电机的控制器及控制方式来运行。电枢绕组4中的某一相或多相绕组从外部控制器获得电流，该电流在电机内部形成的磁场，根据磁通路径的不同，可以分解成是三个磁场的合成：第一个磁场的磁通路径为，极性为N极（北极）的初级主极2—气隙—临近极性为N极的初级主极2的次级主极6—次级铁心5—临近极性为S极（南极）的初级主极2的次级主极6—气隙—极性为S极的初级主极2—初级铁心1—极性为N极的初级主极2，该磁场磁路的构成及分布特点与现有的常规结构的开关磁阻直线电机内部的磁场特征相同，根据磁阻最小原理，在次级上会产生一个电磁力F1，在电磁力F1的作用下，次级将运动至该磁路磁阻最小的位置；第二个磁场的磁通路径为，极性为N极的初级主极2-气隙-临近极性为N极的初级主极2的次级主极6-次级铁心5-该次级主极6右侧（站在次级运动方向的前方，面向次级时的右侧）的次级辅助极7—气隙-极性为N极的初级主极2右侧（站在次级运动方向的前方，面向次级时的右侧）的初级辅助极3-初级铁心1—极性为N极的初级主极2，该磁场磁路的构成及分布特点与现有的横向磁场的开关磁阻直线电机（或开关磁阻电机）内部的磁场特征相同，根据磁阻最小原理，在次级上会产生一个电磁力F2，在电磁力F2的作用下，次级将运动至该磁路磁阻最小的位置；第三个磁场的磁通路径为，极性为N极的初级主极2-气隙-临近极性为N极的初级主极2的次级主极6-次级铁心5-该次级主极6左侧（站在次级运动方向的前方，面向次级时左侧）的次级辅助极7—气隙—极性为N极的初级主极2左侧（站在次级运动方向的前方，面向次级时的左侧）的初级辅助极3—初级铁心1—极性为N极的初级主极2，该磁场磁路的构成及分布特点与现有的横向磁场的开关磁阻直线电机（或开关磁阻电机）内部的磁场特征相同，根据磁阻最小原理，在次级上会产生一个电磁力F3，在电磁力F3的作用下，次级将运动至该磁路磁阻最小的位置。电磁力F1、F2和F3方向相同，在这三个电磁力的作用下，次级开始运动，随着次级位置的变化，电枢绕组4中的电流不断换相，电枢绕组4中的电流所形成的磁场不断向前（电机的运动方向）运动，带动次级连续运动，实现机电能量转换。

参照现有开关磁阻直线电机的设计方法，选取初级主极2（不包括两个纵向端部的初级主极2）和次级主极6的数目和电枢绕组4的相数及绕制方法，其他结构尺寸，可通过电磁计算获得。

初级铁心1采用铁磁材料制成，例如硅钢片叠压制成。

初级主极2采用铁磁材料制成，可采用焊接等方法固定在初级铁心1上。

初级辅助极3采用铁磁材料制成，可采用焊接等方法固定在初级铁心1上。

电枢绕组4采用漆包线绕制，各相绕组的绕制方法和空间放置位置与现有的开关磁阻直线电机相同。

次级铁心5采用铁磁材料制成，例如硅钢片叠压制成。

次级主极6采用铁磁材料制成，可采用焊接等方法固定在次级铁心5上。

次级辅助极7采用铁磁材料制成，可采用焊接等方法固定在次级铁心5上。

初级和次级之间的支撑结构可采用现有的各种轮式支撑结构、磁悬浮支撑结构等。

位置传感器可采用的种类和安装方式与现有的开关磁阻电机相同。

实施方式2：

在实施方式1的基础上，初级铁心1、初级主极2和初级辅助极3采用铁磁材料整体加工而成。

次级铁心5、次级主极6和次级辅助极7采用铁磁材料整体加工而成。

Claims (5)

1.一种高功率密度的开关磁阻直线电机，包括初级结构、次级结构，初级结构和次级结构之间为支撑结构，其特征是：初级结构包括初级铁心、初级主极、初级辅助极、电枢绕组，初级主极沿次级结构的运动方向均匀的安装在初级铁心上，每个初级主极的两侧均安装初级辅助极，电枢绕组为绕组线圈分别绕制在各个初级主极上；次级结构包括次级铁心、次级主极、次级辅助极，次级主极沿次级结构的运动方向排列并安装在次级铁心上，次级主极的个数为偶数，在每个次级主极的两端均布置次级辅助极。

2.根据权利要求1所述的一种高功率密度的开关磁阻直线电机，其特征是：在初级铁心的纵向两端再各增加一个初级主极及其两侧的初级辅助极，所述的两个初级主极上没有绕制电枢绕组。

3.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度的开关磁阻直线电机，其特征是：初级辅助极的宽度与初级主极的宽度相同，次级辅助极的宽度与次级主极的宽度相同。

4.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度的开关磁阻直线电机，其特征是：所述的初级铁心、初级主极、初级辅助极为一体；所述的次级铁心、次级主极、次级辅助极为一体。

5.根据权利要求3所述的一种高功率密度的开关磁阻直线电机，其特征是：所述的初级铁心、初级主极、初级辅助极为一体；所述的次级铁心、次级主极、次级辅助极为一体。

Images