CN102882348B - 单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，其特征是，定子包括，定子包括定子机座和若干离散导磁块，离散导磁块均固定在定子机座内，所述定子机座为单侧，所述定子安放在动子一侧；所述动子包括动子铁心，动子铁心上设有动子齿、动子槽和动子轭部，所述相邻动子齿的齿宽不相等，每隔一个动子齿的齿宽相等，动子槽内安放有动子绕组。本发明中的定子为离散的导磁块，省去了定子轭部，制造工艺简单，降低了制造电机时铁心材料的用量并提高了铁心材料的利用率；绕组为简单的集中绕组，减小了端部用铜量；每个动子槽内只安放有一套绕组，省去了相间绝缘，提高了动子槽利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线开关磁阻电动机，尤其涉及一种单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机。
背景技术
在现代工业生产过程中，大多数先进的生产过程都需要精密的直线运动，为完成直线运动，传统的方式是将旋转运动在传动转换装置中转换为直线运动，但传动转换装置的存在大大增加了传动装置的体积，降低了系统的可靠性和效率，设备成本和维护费用高，另外，传动转换装置还会显著增加传动系统的振动和噪声，降低系统的控制精度和性能。鉴于以上原因，近年来越来越多的学者开始将视线和研究重点转向直线电动机，使其得到了越来越多的关注和广泛应用。
目前，直线电动机有以下种类，1)直线感应电动机，已经被很多国家在地铁、轻轨和磁悬浮列车等城市轨道交通场合采用。直线感应电动机的特点是：端部效应明显，尤其是高速运行时，端部效应使得电机推进力明显减小；效率和功率因数都比较低，通常效率在50％～60％，功率因数只有0.5左右，控制系统和控制策略非常复杂；2)永磁直线电动机，具有高推进力密度，高功率密度和高效率等优点；但是，一方面由于永磁材料成本较高，对于较长的轨道，将大大增加整个推进系统的成本，另一方面，永磁材料的磁性能易受温度，锈蚀和振动等外部环境因素的影响，因此，对于运行轨道较长和运行环境较为恶劣的场合，永磁直线电动机并不适用；3)直线开关磁阻电动机，电机本体结构简单，制造成本低，运行可靠性高，具有能够在各种恶劣条件下运行的优势，维护成本低。除此之外，其整个系统效率高于直线感应电动机，而且其调速性能十分优越，具有宽广的经济运行范围，可以通过各种灵活的控制策略实现一系列令人满意的性能。尽管如此，由于直线电动机的气隙普遍大于旋转电动机，加之磁阻转矩的特性，直线开关磁阻电动机的推进力密度较低，因此，提高直线开关磁阻电动机的推进力密度，是亟待解决的问题。在旋转开关磁阻电机中，如果采用导磁块转子，可以起到提高电机的转矩密度的作用，但在旋转电机中，只能转子采用导磁块结构，而转子旋转，会受到离心力作用，这就使得导磁块的固定困难，尤其是电机转速较高时，会大大降低电机运行的稳定性。不仅如此，由于旋转电机为圆柱形结构，定子内圆和转子外圆间需要保持较小又均匀的气隙，因此，当转子采用离散的导磁块组合而成时，制造过程复杂，对工艺要求高，由于旋转电机为封闭的结构，采用离散导磁块对减小铁心用量的意义不大。在直线开关磁阻电机中，没有绕组的一侧为定子，有绕组的一侧为动子，定子和动子均为矩形截面，定子不受离心力影响，导磁块安装简便，而且，在直线传输场合，电机的定子实际为传输轨道，直线开关磁阻电机的定子采用离散导磁块，不仅结构可靠，而且能够大大减少传输轨道的铁心材料用量，降低成本。另外，现有直线开关磁阻电动机由于定子铁心轭部较长导致铁心材料利用率低，而且动子槽内需要相间绝缘，动子槽利用率低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它具有有效提高直线电机的推进力密度，减少制造电机所需的铁心用量，提高铁心材料利用率和动子槽利用率的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，定子包括定子机座和若干离散导磁块，离散导磁块均固定在定子机座内，所述定子机座安放在动子一侧；所述动子包括动子铁心，动子铁心上设有动子齿、动子槽和动子轭部，所述相邻动子齿的齿宽不相等，每隔一个动子齿的齿宽相等，动子槽内安放有一相动子绕组。
所述导磁块为上窄下宽的梯形，导磁块底部为燕尾型。
所述定子机座为非导磁材料。
所述非导磁材料为铝合金或有机塑材。
所述定子和动子之间设有空气隙。
所述动子绕组围绕两个相邻动子槽之间较宽的动子齿缠绕，两个相邻动子槽内的绕组组成一个线圈，并且属于同一相绕组。
所述动子铁心采用硅钢片叠压而成。
所述某一相动子绕组组成的线圈所在的两个相邻动子槽之间的动子齿中心线与一个动子槽中心线对齐时，与之相邻的同一相的另外一个线圈动子齿也与另一个动子槽中心线对齐。
定子为单侧，安放在动子一侧，定子包括非导磁定子机座和横截面为梯形的导磁块，导磁块底部为燕尾形，以便于固定在非导磁机座上，定子和动子之间设有空气隙。动子包括动子铁心和动子槽，动子铁心包括动子齿和动子轭部，两个相邻动子齿的齿宽不相同，每隔一个动子齿的齿宽相同，动子槽内安放有动子绕组，绕组为简单的集中绕组，围绕齿宽较宽的动子齿缠绕，从齿宽较宽动子齿一侧的动子槽进入，再从另一侧的动子槽穿出，使这两个相邻动子槽内绕组的电流大小相同，反向相反。
本发明具有通用性，设电机的相数为m，m为大于等于3的自然数，电机动子极数Pt和定子极数Ps满足以下条件：
Pt=n*m，Ps=n*m-n
其中，n为大于等于2的偶数。 (1)
本发明中的电机包括动子，所述动子包括动子铁心和动子槽，所述动子铁心采用硅钢片叠压而成，包括动子齿、动子槽和动子轭部，所述动子槽内安放有绕组，齿宽较宽的动子齿两侧的动子槽内的绕组为一个线圈，所述绕组从齿宽较宽的动子齿一侧的动子槽进入，从另一侧的动子槽穿出，围绕该动子齿缠绕，形成一个线圈，以此类推，其他动子槽的绕组同法安放，定子机座安放在动子的一侧，与动子铁心平行，所述定子机座由非导磁材料构成，横截面为梯形的离散导磁块均匀安放在非导磁定子机座的内部，所述离散的导磁块底部做成燕尾型以便于固定在非导磁定子机座上，定子和动子之间设有空气隙。
当电机的一个较宽动子齿的中心线与两个导磁块之间的动子槽的中心线对齐时，此时这个动子齿两侧的动子槽内的绕组线圈通电，所产生的磁通分两部分，一部分通过该动子齿左半部分、空气隙、导磁块，与之相邻的左侧动子齿和动子轭部闭合，另一部分通过该动子齿右半部分、空气隙、导磁块，与之相邻的右侧动子齿和动子轭部闭合，此时该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最小；当较宽动子齿的中心线与一个导磁块的中心线对齐时，该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最大，由于磁阻的变化会产生推进力并做功，因此，随着动子和定子之间的相对位置变化，持续不断的给绕组线圈通电时，便可持续地产生推进力并做功，由于绕组线圈通电时，该线圈所在动子槽的两侧的动子齿均有磁通通过，并且均与该绕组线圈交链，在同样体积下，本发明电机所能产生的推进力密度大于现有开关磁阻电动机。
本发明的有益效果：
本发明中的定子为离散的导磁块，省去了定子轭部，制造工艺简单，降低了制造电机时铁心材料的用量并提高了铁心材料的利用率；定子为单侧，结构简单，体积小，满足只能依靠单侧推进力进行驱动的直线运动场合；采用不等动子齿宽，使绕组围绕齿宽较宽的定子齿缠绕，成为简单的集中绕组，减小了端部用铜量和运行时的铜耗；每个动子槽内只安放有一套绕组，省去了相间绝缘，提高了动子槽利用率；每个绕组线圈所在动子槽两侧的动子齿均有磁通经过，所产生的推进力大于现有直线开关磁阻电机，在直线传输场合，电机的定子实际为传输轨道，直线开关磁阻电机的定子采用离散导磁块，不仅结构可靠，而且能够大大减少传输轨道的铁心材料用量，降低成本，便于安装。
附图说明
图1为本发明电机实施方式1结构示意图；
图2为本发明电机实施方式2结构示意图；
图3为本发明电机剖面结构示意图。
其中，1.定子机座，2.导磁块，3.动子铁心，4.动子槽，5.动子绕组，6.空气隙。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，具体实施方式1：下面结合图1对实施方式1进行说明。本实施方式电机相数m=3，动子极数Pt=6，定子极数Ps=4，本实施方式包括定子机座1，定子机座1内安放有离散的导磁块2，导磁块2均匀分布在定子机座1的内部，导磁块2的底部加工成燕尾型以便固定在定子机座1上，在定子机座1的一侧设有动子铁心3，和定子机座1平行，定子机座1和动子铁心3之间有空气隙6，动子铁心3上开有动子槽4，动子槽4内安放有动子绕组5，齿宽较宽的动子齿两侧的动子槽4内的绕组为一个线圈，动子绕组5从齿宽较宽的动子齿的一侧动子槽4进入，从另一侧动子槽4穿出，围绕该动子齿缠绕，形成一个线圈，当该线圈所围绕的较宽动子齿的中心线与一个动子槽中心线对齐时，与之相邻的同相绕组的另外一个线圈围绕的动子齿与另一个动子槽4中心线对齐。
具体实施方式2：下面结合图2对实施方式2进行说明，实施方式2与实施方式1的区别在于，电机的定子和动子极数不相同。本实施方式电机相数m=3，动子极数Pt=12，定子极数Ps=8，本实施方式包括定子机座1，定子机座1上安放有离散的导磁块2，导磁块2均匀分布在定子机座1的内部，导磁块2的底部加工成燕尾型以便固定在定子机座1上，在定子机座1的一侧设有动子铁心3，和定子机座1平行，定子机座1和动子铁心3之间有空气隙6，动子铁心3上开有动子槽4，动子槽4内安放有动子绕组5，齿宽较宽的动子齿两侧的动子槽4内的绕组为一个线圈，动子绕组5从齿宽较宽的动子齿一侧的动子槽进入，从另一侧动子槽4穿出，围绕该动子齿缠绕，形成一个线圈，当该线圈所围绕的较宽动子齿的中心线与一个动子槽4中心线对齐时，与之相邻的同相绕组的另外一个线圈围绕的动子齿与另一个动子槽4中心线对齐。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，其特征是，定子包括定子机座和若干离散导磁块，离散导磁块均固定在定子机座内，所述定子机座安放在动子一侧；所述动子包括动子铁心，动子铁心上设有动子齿、动子槽和动子轭部，所述相邻动子齿的齿宽不相等，每隔一个动子齿的齿宽相等，动子槽内安放有动子绕组；
所述动子绕组围绕两个相邻动子槽之间较宽的动子齿缠绕，两个相邻动子槽内的绕组组成一个线圈，并且属于同一相绕组；
当电机的一个较宽动子齿的中心线与两个导磁块之间的中心线对齐时，此时这个动子齿两侧的动子槽内的绕组线圈通电，此时该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最小；当较宽动子齿的中心线与一个导磁块的中心线对齐时，该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最大，绕组线圈通电时，该线圈所在动子槽的两侧的动子齿均有磁通通过，并且均与该绕组线圈交链。
2.如权利要求1所述单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述导磁块为上窄下宽的梯形，导磁块底部为燕尾型。
3.如权利要求1所述单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述定子机座为非导磁材料。
4.如权利要求3所述单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述非导磁材料为铝合金或有机塑材。
5.如权利要求1所述单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述定子和动子之间设有空气隙。
6.如权利要求1所述单侧定子不等动子齿宽离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述动子铁心采用硅钢片叠压而成。
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