CN103633809A - 一种双边磁通切换永磁直线电机 - Google Patents

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本发明公开了一种双边磁通切换永磁直线电机，包括电机初级和电机次级。电机初级包括初级铁心、电枢绕组和永磁体，初级铁心分散排列形成齿槽结构，相邻永磁体分别靠初级铁心的两侧交替安装，形成上下交替的线槽，相邻永磁体的充磁方向相反，电枢绕组安装于线槽内，一个电枢绕组的线圈跨过一块永磁体和两块初级铁心形成集中绕组结构；电机次级包括次级铁心和次级凸极，次级凸极的位置错开，电机初级和次级之间设有气隙。电机初级不需要轭部铁心，降低了电机初级的重量；动初级结构能改善系统动态性能；电枢绕组和永磁体均位于电机初级，便于电机的冷却；可以优化电机感应电势等参数的波形；该电机能利用永磁体的聚磁效应，改善电机功率密度。

Description

一种双边磁通切换永磁直线电机
技术领域
本发明涉及一种双边型磁通切换永磁直线电机，具体涉及一种适用于低速场合的直驱永磁电机，本发明属于电工、电机领域。
背景技术
磁通切换永磁电机属于定子（初级）永磁型电机的一种，其电枢绕组和永磁体均位于初级上，而其转子（次级）仅为设有凸极的铁心，因此具有次级结构简单，便于永磁体冷却，功率密度大等优点。传统磁通切换永磁电机通常采用“C”型或“E”型结构的初级铁心单元，并将永磁体安装于两个初级铁心之间，而电枢绕组则安装于“C”型或“E”型初级铁心单元内，无形中增加了电机初级铁心的重量，特别对于例如轨道交通等长次级、短初级应用场合，将大大增加整个运动部件的重量，不但增加了系统的工程造价，并将影响系统的动态性能。
电机的推力大小往往与气隙面积的大小有直接关系，传统双边直线电机基本上是两个单边直线电机的简单叠加，其推力密度等参数提高效果不明显。 
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种双边磁通切换永磁直线电机，目的在于提高电机推力密度，降低系统制造成本，并改善系统动态性能。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种双边磁通切换永磁直线电机，该电机包括电机初级和电机次级。
所述电机初级包括初级铁心、电枢绕组和永磁体；初级铁心均匀分散排列，形成初级部分的齿槽结构；永磁体置于初级槽内，相邻永磁体分别靠初级铁心的两侧交替安装，形成上下交替的线槽，相邻永磁体的充磁方向相反；电枢绕组安装于线槽内，电枢绕组的一个线圈跨过一块永磁体和两块初级铁心形成集中绕组结构。
所述电机次级包括次级铁心和次级凸极，上下两侧的次级凸极位置错开二分之一齿距，即相差180°电角度；电机初级和上下两侧的电机次级之间均设有气隙；
电机内的磁场通过电机初级和电机次级形成闭合回路。
作为本发明的进一步改进，所述初级铁心为“1”字型，并可以通过优化极靴形状得到理想的感应电势波形，降低推力纹波。
作为本发明的进一步改进，每两个相邻的初级铁心之间的线槽内同时安装有电枢绕组和永磁体。
作为本发明的进一步改进，电机初级的齿槽和电机次级齿槽的配比，决定电机的相数和极对数配比。
该新型大推力永磁直驱式直线电机可以用作电动机，也可以用作发电机。
本发明的有益效果是：
1)        电枢绕组和永磁体均位于电机初级，便于电机的冷却；
2)        初级铁心采用“1”字形铁心，并借助错开二分之一个次级齿距安排的双侧次级构成磁场回路，省去了传统电机的初级轭部铁心，有效减少了电机初级重量，并降低了制造成本；对于动初级结构，还能有效改善系统动态性能；
3)        通过改变初级铁心极靴形状，可以优化电机感应电势等参数的波形，减小电机推力纹波；
由于每块初级铁心两侧均安装有永磁体，且充磁方向相反，因此该电机能利用永磁体的聚磁效应，改善电机功率密度，提高永磁体利用率。 
附图说明
图1为双边磁通切换永磁直线电机的结构示意图。
图中：1、初级铁心，2、电枢绕组，3、永磁体，4、次级铁心，5、次级凸极，6、线槽，7、气隙。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明提供的双边磁通切换永磁直线电机适用于低速大推力工况，可以作为直驱电机运行于电动或发电状态，其结构包括电机初级和电机次级。
所述电机初级包括初级铁心1、电枢绕组2和永磁体3；初级铁心1均匀分散排列，形成初级部分的齿槽结构。
初级铁心1为“1”字型铁心，通过改变初级铁心的极靴形状，可以优化电机感应电势波形，起到降低电机推力纹波的作用。
永磁体3置于初级槽内，相邻永磁体3分别靠初级铁心1的上下两侧交替安装，形成上下交替的线槽6，相邻永磁体3的充磁方向相反。
电枢绕组2安装于线槽6内，电枢绕组2的一个线圈跨过一块永磁体3和两块初级铁心1形成集中绕组形式。
所述电机次级包括次级铁心4和次级凸极5，上下两侧电机次级凸极5的位置错开二分之一齿距，即相差180°电角度；通过改变次级凸极形状同样可以起到优化电机推力纹波的作用。
电机初级和上下两侧电机次级之间均设有气隙7。
电机内的磁场通过初级和上下次级形成闭合回路，因此电机不需要初级轭部铁心，有效降低了电机初级的重量。
可以选取不同的初级、次级齿槽配比，以形成不同相数和极对数配比的电机，例如12-8、12-10等三相电机结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双边磁通切换永磁直线电机，其特征在于：该电机包括电机初级和电机次级；
所述电机初级包括初级铁心（1）、电枢绕组（2）和永磁体（3）；初级铁心（1）均匀分散排列，形成初级部分的齿槽结构；永磁体（3）置于初级槽内，相邻永磁体（3）分别靠初级铁心（1）的两侧交替安装，形成上下交替的线槽（6），相邻永磁体（3）的充磁方向相反；电枢绕组（2）安装于线槽（6）内，电枢绕组（2）的一个线圈跨过一块永磁体（3）和两块初级铁心（1）形成集中绕组结构；
所述电机次级包括次级铁心（4）和次级凸极（5），上下两侧的次级凸极（5）位置错开二分之一齿距，即相差180°电角度；电机初级和上下两侧的电机次级之间均设有气隙（7）；
电机内的磁场通过电机初级和电机次级形成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的双边磁通切换永磁直线电机，其特征在于：所述初级铁心（1）为“1”字型，并可以通过优化极靴形状得到理想的感应电势波形，降低推力纹波。
3.根据权利要求1所述的双边磁通切换永磁直线电机，其特征在于：每两个相邻的初级铁心（1）之间的线槽（6）内同时安装有电枢绕组（2）和永磁体（3）。
4.根据权利要求1所述的双边磁通切换永磁直线电机，其特征在于：电机初级的齿槽和电机次级齿槽的配比，决定电机的相数和极对数配比。
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