CN102931804A - 双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机 - Google Patents
双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，所述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两侧，所述动子由多个动子齿拼接而成，两个动子齿之间设有动子槽，所述动子槽内安放有动子绕组，相邻两个动子槽内的绕组为一个线圈，围绕两个动子槽之间的动子齿缠绕，本发明中的定子为离散的导磁块，省去动子轭部，降低了制造电机时铁心材料的用量，提高铁心材料的利用率，减小电动机运行时的铁耗；每个动子槽内只安放有一套绕组，省去相间绝缘，提高动子槽利用率；每个绕组线圈所在动子槽的两侧动子齿均有磁通经过，所产生的推进力大于直线开关磁阻电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线开关磁阻电动机，尤其涉及一种双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机。
背景技术
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机广泛地应用于工业、民用、军事及其他各种直线运动的场合。采用直线电机驱动的装置具有很多优点，首先，不需要任何转换装置而直接产生推力，简化了整个装置和系统，保证了运行的可靠性，提高传递效率，降低制造成本，易于维护；其次，直线电机是通过电磁场作用直接产生直线推进力，在运动时无机械接触，使传动零部件无磨损，从而大大减少了机械损耗和整个装置的运行噪声，运行环境好。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，直线开关磁阻电机整个系统效率高于直线感应电动机，而且其起动和调速性能十分优越，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，由于直线电机的气隙长度通常远远大于旋转电机，再加上磁阻转矩的特性，现有直线开关磁阻电机的推进力密度仍然较低；动子槽内同时安放两相绕组，需要相间绝缘，导致电枢槽的利用率低；电机定子和动子的轭部较长，铁心用量大，电机重量大，运行时铁耗较高。因此，减小现有直线开关磁阻电动机的铁心材料用量，提高铁心材料的利用率、动子槽利用率和推进力密度，是目前亟待解决的问题。导磁块转子结构可以提高旋转开关磁阻电机的转矩密度，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，由于旋转电机的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。而在直线开关磁阻电机中，是将没有绕组的一侧作为定子，有绕组的一侧作为动子，定子和动子均为矩形截面，定子不受离心力影响，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而存在铁心材料利用率低，铁耗高和整体效率低等缺点，采用离散导磁块不仅能够提高系统的推进力密度，还可以降低电机的铁耗，提高整个推进系统的效率。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它具有提高铁心材料利用率、减少铁心材料用量和降低电机重量的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，所述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上下两侧，所述动子由多个动子齿拼接而成，两个动子齿之间设有动子槽，所述动子槽内安放有动子绕组，相邻两个动子槽内的绕组为一个线圈，围绕两个动子槽之间的动子齿缠绕。
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。
所述相邻动子齿的齿宽不同，每隔一个动子齿的齿宽相同。
所述动子绕组为简单的集中绕组，围绕齿宽较宽的动子齿缠绕，从齿宽较宽动子齿的一侧动子槽进入，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。
所述动子齿由硅钢片叠压而成，所述动子齿通过动子支架固定在一起。
所述动子支架的材料为非导磁材料。
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。
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 (1)
其中，n为大于等于2的偶数。
本发明电机包括动子，所述动子由离散的动子齿拼接而成，每个动子齿由硅钢片叠压而成，每隔一个动子齿的齿宽相同，动子齿由非导磁动子支架将各个动子齿固定在一起，所述动子齿之间设有动子槽，动子槽内安放有动子绕组，所述动子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。动子还包括动子铁心，定子机座安放在动子的两侧，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、空气隙和底部的定子导磁块，与之相邻的左侧动子齿，空气隙，顶部的定子导磁块和空气隙闭合，另一部分通过该动子齿右半部分、空气隙和底部的定子导磁块，与之相邻的右侧动子齿、空气隙和顶部的定子导磁块和空气隙闭合，此时该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最小；当较宽定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，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。
本发明的有益效果：本发明中的定子为离散的导磁块，动子由多个动子齿拼接而成，省去了动子轭部，降低了制造电机时铁心材料的用量，提高了铁心材料的利用率，并减小了电动机运行时的铁耗；定子为双侧，提高了整个电机的推进力密度，适合应用在双边均可产生推进力进行驱动的直线运行场合；采用不等宽定子齿，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，提高了电机的效率；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的两侧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，定子采用离散导磁块不仅能够提高电动机的推进力密度，还可以降低电动机的铁耗，提高整个推进系统的效率。
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.动子齿，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，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，如图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，在定子机座1内设有离散的动子齿3，动子齿3之间有动子槽4，动子槽4内安放有动子绕组5，定子机座1和动子齿3之间有空气隙6。
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，在定子机座1上设有动子齿3，动子齿3之间有动子槽4，动子槽4内安放有动子绕组5，定子机座1和动子铁心3之间有空气隙6。
如图3所示为本发明电机剖面结构示意图。
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 (9)
1.一种双侧定子无轭部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，所述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上下两侧，所述动子由多个动子齿拼接而成，两个动子齿之间设有动子槽，所述动子槽内安放有动子绕组，相邻两个动子槽内的绕组为一个线圈，围绕两个动子槽之间的动子齿缠绕。
2.如权利要求1所述双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，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所述双侧定子无轭部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1所述双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述相邻动子齿的齿宽不同，每隔一个动子齿的齿宽相同。
5.如权利要求1所述双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述动子绕组为简单的集中绕组，围绕齿宽较宽的动子齿缠绕，从齿宽较宽动子齿的一侧动子槽进入，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。
6.如权利要求1所述双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述动子齿由硅钢片叠压而成，所述动子齿通过动子支架固定在一起。
7.如权利要求6所述双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机，其特征是，所述动子支架的材料为非导磁材料。
8.如权利要求3或7所述双侧定子无轭部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。
9.如权利要求1所述双侧定子无轭部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。
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