CN103633812A - 一种模块化双边磁通切换永磁直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化双边磁通切换永磁直线电机，包括电机初级和电机次级。电机初级包括多个初级模块，每个初级模块又包括初级铁心、永磁体和电枢绕组，初级铁心分散排列形成齿槽结构，永磁体置于齿槽内，相邻永磁体与初级铁心共同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；电机次级包括次级铁心和次级凸极，次级凸极的位置错开一定齿距，电机初级和电机次级之间设有气隙。电枢绕组和永磁体均位于电机初级，便于电机冷却；电机内的磁场通过初级和上下次级形成闭合回路，使电机初级不需要轭部铁心，降低了电机初级的重量；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；提高电机的容错性能。

Description

一种模块化双边磁通切换永磁直线电机

技术领域

本发明涉及一种模块化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，这一结构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。此外，传统磁通切换永磁电机通常采用各相电枢绕组依次轮流排列的方式进行设计，例如在三相电机中采用“A-B-C-A-B-C”的顺序设置绕组，各相绕组之间磁路通过“C”型或“E”型初级铁心单元的轭部相互耦合，互感较大，导致电机的容错性能较差。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种模块化双边磁通切换永磁直线电机，目的在于降低电机初级部分的重量，较少系统制造成本，改善系统动态性能，并基于模块化设计方法减少电机不同相之间的磁路耦合，有效增加电机的容错性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种模块化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。

    所述电机初级包括若干个初级模块，每个初级模块由第一初级模块和第二初级模块组成，所述初级模块包括初级铁心、永磁体和电枢绕组；初级铁心分散排列，形成电机初级部分的齿槽结构；永磁体置于所述齿槽内，相邻永磁体分别靠初级铁心的两侧交替安装，并与初级铁心共同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。

所述电机次级设置于所述电机初级的上下两侧，包括次级铁心和次级凸极，次级凸极之间形成齿槽结构；上下两侧电机次级凸极的位置错开一定齿距；电机初级和电机次级之间设有气隙；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，由两个或多个初级模块形成一相电枢结构，且同一相初级模块间两两互差180°电角度，同一相的第一初级模块和第二初级模块集中布置，并形成串联磁路；不同相初级模块之间利用隔磁材料隔开一定电角度，并在不同相模块之间形成相对独立的磁路。

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永磁体和电枢绕组。

电机初级的齿槽和电机次级的齿槽配比，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，并借助错开一定电角度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)        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。

利用模块化的设计方法，形成同一相初级模块之间的串联磁路，减少了不同相绕组之间的磁路耦合，提高电机的容错性能。 

附图说明

图1为模块化双边磁通切换永磁直线电机结构图。

图中：1、第一初级模块，2、第二初级模块，3、初级铁心，4、永磁体，5、电枢绕组，6、线槽，7、次级铁心，8、次级凸极，9、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，本发明提供的模块化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。

所述电机初级包括若干个初级模块，每个初级模块包括第一初级模块1和第二初级模块2，每个初级模块包括初级铁心3、永磁体4和电枢绕组5；同一相的初级铁心3均匀分散排列，形成初级部分的齿槽结构。

初级铁心3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4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，并与初级铁心3共同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5安装于线槽6内；每一个电枢绕组5的线圈跨过一块永磁体4和两块初级铁心3形成集中绕组结构。

所述电机次级包括次级铁心7和次级凸极8；上下两侧电机次级凸极8的位置错开一定齿距。

电机初级和电机上下次级之间分别设有气隙9。

电机内的磁场通过初级和上下次级形成闭合回路，因此电机初级不需要轭部铁心，有效降低了电机初级的重量。

由第一初级模块1和第二初级模块2形成一相电枢结构，且第一初级模块1和第二初级模块2之间互差180°电角度，形成第一初级模块1和第二初级模块2之间的串联磁路，减少了不同相绕组之间的磁路耦合，提高电机的容错性能。

不同相初级模块之间由隔磁材料分开一定电角度依次排列，例如对三相电机而言，不同相之间可以错开120°电角度进行设计。

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。还可以根据所提出的电机结构将电机设计成旋转电机和盘式电机等不同的电机形式。

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 (5)

1.一种模块化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；

    所述电机初级包括若干个初级模块，每个初级模块由第一初级模块（1）和第二初级模块（2）组成，所述初级模块包括初级铁心（3）、永磁体（4）和电枢绕组（5）；初级铁心（3）分散排列，形成电机初级部分的齿槽结构；永磁体（4）置于所述齿槽内，相邻永磁体（4）分别靠初级铁心（3）的两侧交替安装，并与初级铁心（3）共同形成上下交替的线槽（6）；相邻永磁体（4）的充磁方向相反；电枢绕组（5）安装于线槽（6）内；电枢绕组（5）的一个线圈跨过一块永磁体（4）和两块初级铁心（3）形成集中绕组结构；

所述电机次级设置于所述电机初级的上下两侧，包括次级铁心（7）和次级凸极（8），次级凸极（8）之间形成齿槽结构；上下两侧电机次级凸极（8）的位置错开一定齿距；电机初级和电机次级之间设有气隙（9）；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所述的模块化双边磁通切换永磁直线电机，其特征在于：所述初级铁心（3）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所述的模块化双边磁通切换永磁直线电机，其特征在于：由两个或多个初级模块形成一相电枢结构，且同一相初级模块间两两互差180°电角度，同一相的第一初级模块（1）和第二初级模块（2）集中布置，并形成串联磁路；不同相初级模块之间利用隔磁材料隔开一定电角度，并在不同相模块之间形成相对独立的磁路。

4.根据权利要求1所述的模块化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（3）之间的线槽（6）内同时安装有永磁体（4）和电枢绕组（5）。

5.根据权利要求1所述的模块化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的齿槽配比，决定电机的相数和极对数配比。

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