CN103560648B - 混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机 - Google Patents

Abstract

混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，属于电机领域。本发明是为了解决现有的开关磁阻电机输出推力小的问题。本发明所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，A相绕组和B相绕组采用双极性电流励磁，结合永磁体在A相定子工作齿和B相定子工作齿的磁通路径、磁通大小，对A相绕组和B相绕组励磁电流大方向和大小进行控制，使动子铁心能够进行左右往复运动，并使电机输出电磁推力增大了20%；同时本发明的结构简单，操作方便。本发明所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，适用于电机领域。

Description

混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机

技术领域

本发明涉及一种两相开关磁阻直线电机，属于电机领域。

背景技术

现有的开关磁阻电机的定子和转子均为凸极结构，且大部分为旋转电机，通过对定子励磁绕组依次通电，绕组励磁电流为单方向电流，定子极与转子极相互作用产生转矩。直线开关磁阻电机均为平面结构，分为单侧直线开关磁阻电机和双侧直线开关磁阻电机两种，输出推力受一定限制。

发明内容

本发明是为了解决现有的开关磁阻电机输出推力小的问题，现提供混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机。

混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，它包括：定子、动子、电机输出轴、第一端盖、第二端盖、第一轴承和第二轴承；动子套固在电机输出轴上，定子套在动子外侧，并且定子与动子之间为气隙，第一端盖和第二端盖分别固定在定子的轴向两端，电机输出轴的两端分别延伸至第一端盖和第二端盖的外侧，第一端盖与电机输出轴之间通过第一轴承连接，第二端盖与电机输出轴之间通过第二轴承连接；

定子包括：定子铁心、A相绕组和B相绕组；定子铁心的内壁沿轴向设有圆环形的A相定子工作齿、B相定子工作齿和定子辅助齿，定子辅助齿位于A相定子工作齿和B相定子工作齿之间；A相绕组嵌入在A相定子工作齿和定子辅助齿之间的环形凹槽内，B相绕组嵌入在B相定子工作齿和定子辅助齿之间的环形凹槽内；

动子包括：动子铁心和永磁体；动子铁心的外表面沿轴向设有A相动子工作齿、B相动子工作齿和动子辅助齿，所述动子辅助齿位于A相动子工作齿和B相动子工作齿之间，动子辅助齿的轴向截面为梯形，动子辅助齿的齿底宽度是齿顶宽度的2.7至3.2倍；动子辅助齿内部开有环形的动子隔离气隙，动子隔离气隙的轴向长度为0.7mm至1.2mm，动子隔离气隙的半径为A相动子工作齿半径的1/2至3/4；永磁体套固在动子辅助齿外，永磁体的宽度与动子辅助齿齿顶宽度相等；

A相定子工作齿的齿宽、B相定子工作齿的齿宽、A相动子工作齿的齿宽和B相动子工作齿的齿宽均相等，定子辅助齿的齿宽是A相定子工作齿齿宽的1.3至1.6倍，动子辅助齿的齿底宽度为A相动子工作齿齿宽的0.3至0.6倍；定子辅助齿和A相定子工作齿之间的距离是A相定子工作齿齿宽的0.6至0.7倍，定子辅助齿和B相定子工作齿之间的距离是B相定子工作齿齿宽的0.6至0.7倍；动子辅助齿齿底和A相动子工作齿之间的距离是A相动子工作齿齿宽的0.6至0.7倍，动子辅助齿齿底和B相动子工作齿之间的距离是B相动子工作齿齿宽的0.6至0.7倍。

本发明所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，A相绕组和B相绕组采用双极性电流励磁，结合永磁体在A相定子工作齿和B相定子工作齿的磁通路径、磁通大小，对A相绕组和B相绕组励磁电流大方向和大小进行控制，使动子铁心能够进行左右往复运动，并使电机输出电磁推力增大了20％；同时本发明的结构简单，操作方便。本发明所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，适用于电机领域。

附图说明

图1为混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机的结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图3为混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机不工作时永磁体磁路示意图。

图4为动子铁心在动子零点位置开始向右移动时的永磁体磁路示意图。

图5为动子铁心移动到最右端时的永磁体磁路示意图。

图6为动子铁心在最右端左向移动时的永磁体磁路示意图。

图7为动子铁心在零点位置左向移动时的永磁体磁路示意图。

图8为动子铁心在最左端左向移动时的永磁体磁路示意图。

图9为动子铁心在最左端换向移动时的永磁体磁路示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，它包括：定子、动子、电机输出轴3、第一端盖4、第二端盖5、第一轴承14和第二轴承15；动子套固在电机输出轴3上，定子套在动子外侧，并且定子与动子之间为气隙9，第一端盖4和第二端盖5分别固定在定子的轴向两端，电机输出轴3的两端分别延伸至第一端盖4和第二端盖5的外侧，第一端盖4与电机输出轴3之间通过第一轴承14连接，第二端盖5与电机输出轴3之间通过第二轴承15连接；

定子包括：定子铁心1、A相绕组7和B相绕组8；定子铁心1的内壁沿轴向设有圆环形的A相定子工作齿11、B相定子工作齿12和定子辅助齿13，定子辅助齿13位于A相定子工作齿11和B相定子工作齿12之间；A相绕组7嵌入在A相定子工作齿11和定子辅助齿13之间的环形凹槽内，B相绕组8嵌入在B相定子工作齿12和定子辅助齿13之间的环形凹槽内；

动子包括：动子铁心2和永磁体6；动子铁心2的外表面沿轴向设有A相动子工作齿21、B相动子工作齿22和动子辅助齿23，所述动子辅助齿23位于A相动子工作齿21和B相动子工作齿22之间，动子辅助齿23的轴向截面为梯形，动子辅助齿23的齿底宽度是齿顶宽度的2.7至3.2倍；动子辅助齿23内部开有环形的动子隔离气隙10，动子隔离气隙10的轴向长度为0.7mm至1.2mm，动子隔离气隙10的半径为A相动子工作齿21半径的1/2至3/4；永磁体6套固在动子辅助齿23外，永磁体6的宽度与动子辅助齿23齿顶宽度相等；

A相定子工作齿11的齿宽、B相定子工作齿12的齿宽、A相动子工作齿21的齿宽和B相动子工作齿22的齿宽均相等，定子辅助齿13的齿宽是A相定子工作齿11齿宽的1.3至1.6倍，动子辅助齿23的齿底宽度为A相动子工作齿21齿宽的0.3至0.6倍；定子辅助齿13和A相定子工作齿11之间的距离是A相定子工作齿11齿宽的0.6至0.7倍，定子辅助齿13和B相定子工作齿12之间的距离是B相定子工作齿12齿宽的0.6至0.7倍；动子辅助齿23齿底和A相动子工作齿21之间的距离是A相动子工作齿21齿宽的0.6至0.7倍，动子辅助齿23齿底和B相动子工作齿22之间的距离是B相动子工作齿22齿宽的0.6至0.7倍。

动子隔离气隙10用于隔离A相绕组7和B相绕组8的励磁磁通。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，本实施方式中，动子辅助齿23的齿底宽度是齿顶宽度的3倍。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，本实施方式中，动子隔离气隙10的轴向长度为1mm。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，本实施方式中，动子隔离气隙10的半径为A相动子工作齿21半径的2/3。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，本实施方式中，定子辅助齿13的齿宽是A相定子工作齿11齿宽的1.5倍。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，本实施方式中，动子辅助齿23的齿底宽度为A相动子工作齿21齿宽的0.5倍。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四、五或六所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，永磁体6的充磁方向为径向。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四、五或六所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，本实施方式中，A相绕组7和B相绕组8的励磁方向相反。具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一、二、三、四、五或六所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机作进一步说明，第一轴承14和第二轴承15均为直线滚珠轴承。

混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机的工作原理：

混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机为两相开关磁阻电机，A相绕组7和B相绕组8采用双极性电流励磁，结合永磁体6在A相定子工作齿11和B相定子工作齿12的磁通路径、磁通大小，对A相绕组7和B相绕组8励磁电流大方向和大小进行控制，使电机动子能进行左右往复运动。

当A相绕组7和B相绕组8没有励磁电流时，动子铁心2为自由状态，永磁体6的磁路分为两部分，一部分经过永磁体6的N极、定动子气隙9、定子辅助齿13、A相绕组7定子轭部、A相定子工作齿11、定动子气隙9、A相动子工作齿21、A相绕组7动子轭部、动子辅助齿23、永磁体6的S极，如图3所示的S1和S3的磁路路径；另一部分经过永磁体6的N极、定动子气隙9、定子辅助齿13、B相定子绕组8定子轭部、B相定子工作齿12、定动子气隙9、B相动子工作齿22、B相定子绕组8动子轭部、动子辅助齿23、永磁体6的S极，如图3所示的S2和S4的磁路路径。

当A相绕组7和B相绕组8同时进行励磁，且励磁方向相同时，励磁电流如图4和图5所示，A相绕组7产生的励磁磁路和永磁体6在A相绕组7一侧产生的磁路相同，即L1与S1相同，L3与S3相同，在A相绕组7一侧的定动子气隙9中磁场为永磁体6产生的磁场和A相绕组7产生的磁场之和，A相绕组7在联合的磁场下产生电磁推力，使动子铁心2向B相绕组8一侧的方向移动；此时，B相绕组8励磁电流和A相绕组7励磁相同，B相绕组8产生的励磁磁路和永磁体6在B相绕组8一侧产生的磁路相反，在B相绕组8一侧的定动子气隙9中磁场为永磁体6产生的磁场和A相绕组7产生的磁场之差，控制B相绕组8励磁电流大小，使得B相绕组8一侧的定动子气隙9中磁场为零，这样B相绕组8在联合的磁场下产生电磁推力为零；此时动子铁心2只受到A相绕组7向B相绕组8一侧的电磁推力，直到动子铁心2到达A相定子工作齿11和A相动子工作齿21对齐的位置，如图5所示。

当动子铁心2到达A相定子工作齿11和A相动子工作齿21对齐的位置，如图6所示，A相绕组7和B相绕组8改变励磁电流方向，A相绕组7产生的励磁磁路和永磁体6在A相绕组7一侧产生的磁路相反，在A相绕组7一侧的定动子气隙9中磁场为永磁体6产生的磁场和A相绕组7产生的磁场之差，控制A相绕组7电流大小，使得A相绕组7在联合的磁场下产生电磁推力为零；此时，B相绕组8励磁电流和A相绕组7励磁相同，B相绕组8产生的励磁磁路和永磁体6在B相绕组8一侧产生的磁路相同，即L2和S2相同，L4和S4相同，在B相绕组8一侧的定动子气隙9中磁场为永磁体6产生的磁场和B相绕组8产生的磁场之和，使得B相绕组在联合的磁场下产生电磁推力，使动子铁心2向A相绕组7一侧的方向移动。此时，动子铁心2只受到B相绕组8的电磁推力，直到动子铁心2通过中间零点位置，如图7所示，到达B相定子工作齿12和B相动子工作齿22对齐的位置，如图8所示。

当动子铁心2到达B相定子工作齿12和B相动子工作齿22对齐的位置时，如图8所示，A相绕组7和B相绕组8改变励磁电流方向，如图9所示，使动子铁心2能进行往复工作。

Claims (9)

1.混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，它包括：定子、动子、电机输出轴（3）、第一端盖（4）、第二端盖（5）、第一轴承（14）和第二轴承（15）；动子套固在电机输出轴（3）上，定子套在动子外侧，并且定子与动子之间为气隙（9），第一端盖（4）和第二端盖（5）分别固定在定子的轴向两端，电机输出轴（3）的两端分别延伸至第一端盖（4）和第二端盖（5）的外侧，第一端盖（4）与电机输出轴（3）之间通过第一轴承（14）连接，第二端盖（5）与电机输出轴（3）之间通过第二轴承（15）连接；其特征在于：

定子包括：定子铁心（1）、A相绕组（7）和B相绕组（8）；定子铁心（1）的内壁沿轴向设有圆环形的A相定子工作齿（11）、B相定子工作齿（12）和定子辅助齿（13），定子辅助齿（13）位于A相定子工作齿（11）和B相定子工作齿（12）之间；A相绕组（7）嵌入在A相定子工作齿（11）和定子辅助齿（13）之间的环形凹槽内，B相绕组（8）嵌入在B相定子工作齿（12）和定子辅助齿（13）之间的环形凹槽内；

动子包括：动子铁心（2）和永磁体（6）；动子铁心（2）的外表面沿轴向设有A相动子工作齿（21）、B相动子工作齿（22）和动子辅助齿（23），所述动子辅助齿（23）位于A相动子工作齿（21）和B相动子工作齿（22）之间，动子辅助齿（23）的轴向截面为梯形，动子辅助齿（23）的齿底宽度是齿顶宽度的2.7至3.2倍；动子辅助齿（23）内部开有环形的动子隔离气隙（10），动子隔离气隙（10）的轴向长度为0.7mm至1.2mm，动子隔离气隙（10）的半径为A相动子工作齿（21）半径的1/2至3/4；永磁体（6）套固在动子辅助齿（23）外，永磁体（6）的宽度与动子辅助齿（23）齿顶宽度相等；

A相定子工作齿（11）的齿宽、B相定子工作齿（12）的齿宽、A相动子工作齿（21）的齿宽和B相动子工作齿（22）的齿宽均相等，定子辅助齿（13）的齿宽是A相定子工作齿（11）齿宽的1.3至1.6倍，动子辅助齿（23）的齿底宽度为A相动子工作齿（21）齿宽的0.3至0.6倍；定子辅助齿（13）和A相定子工作齿（11）之间的距离是A相定子工作齿（11）齿宽的0.6至0.7倍，定子辅助齿（13）和B相定子工作齿（12）之间的距离是B相定子工作齿（12）齿宽的0.6至0.7倍；动子辅助齿（23）齿底和A相动子工作齿（21）之间的距离是A相动子工作齿（21）齿宽的0.6至0.7倍，动子辅助齿（23）齿底和B相动子工作齿（22）之间的距离是B相动子工作齿（22）齿宽的0.6至0.7倍。

2.根据权利要求1所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，动子辅助齿（23）的齿底宽度是齿顶宽度的3倍。

3.根据权利要求1所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，动子隔离气隙（10）的轴向长度为1mm。

4.根据权利要求1所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，动子隔离气隙（10）的半径为A相动子工作齿（21）半径的2/3。

5.根据权利要求1所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，定子辅助齿（13）的齿宽是A相定子工作齿（11）齿宽的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，动子辅助齿（23）的齿底宽度为A相动子工作齿（21）齿宽的0.5倍。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，永磁体（6）的充磁方向为径向。

8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，A相绕组（7）和B相绕组（8）的励磁方向相反。

9.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机，其特征在于，第一轴承（14）和第二轴承（15）均为直线滚珠轴承。