CN104578637A - 一种双定子永磁直线电机及电机模组 - Google Patents

一种双定子永磁直线电机及电机模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双定子永磁直线电机，包括上下两定子及位于所述两定子之间的动子，所述动子和两定子均为凸极结构，且动子与两定子之间具有气隙，所述两定子均由导磁材料构成；所述动子包括动子模块化铁芯、永磁体和电枢绕组，所述动子模块化铁芯由两个端部铁芯和居于两个端部铁芯之间的内部铁芯构成，在所述端部铁芯外端面的中间设置有凸出于端面的轭部，在所述内部铁芯上下两个面的中间对称开设有通过轭部隔开的绕组槽，在绕组槽内设置电枢绕组，在所述端部铁芯与内部铁芯以及相邻两内部铁芯之间分别设置永磁体。发明电机具有结构简单可靠，反电势正弦，推力大和效率高等优点，特别适合于短动子长定子结构直线电机应用场合。

Description

一种双定子永磁直线电机及电机模组
技术领域
本发明涉及电机的制造技术领域，且特别是关于双定子永磁直线电机。
背景技术
电机是传动系统的主要部件，根据不同的应用场合选择适合的电机类型对提高整个系统的性能和效率都非常重要。在直线驱动应用场合，传统的旋转电机需要一定中间转换装置将旋转运动转换为直线运动。这样带来了诸多问题，比如，系统体积庞大，重量增加，噪声高，维护成本增加，可靠性降低，而在轨道交通应用中若使用旋转电机驱动，车辆速度过高会出现轮轨滑动等问题。因此，采用直线电机代替旋转电机这一技术手段，可以克服旋转电机在此类高速应用场合中的上述缺点，提高整个系统的效率。
中国是稀土大国，随着电力电子技术和磁性材料的发展，旋转永磁电机得到迅速的发展。此类电机具有效率高、功率密度高、控制简便等优点。其相应的直线结构也被广泛研究。传统的永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感应电机相比，永磁直线同步电机效率高，功率因数高，重量轻，且具有发电制动功能。然而，由于传统的永磁电机的永磁体和电枢绕组分别安装在初级和次级，而永磁体和电枢的成本都较高，在如轨道交通等长定子应用场合中无疑导致系统成本增加。
目前，动子永磁型直线电机以双极性磁链的磁通切换永磁电机为代表，这类电机具有较高的功率密度，其永磁体和电枢绕组均放置在动子上，定子仅为导磁铁心材料，具有功率密度高，结构简单，易于散热，高可靠性等优点。现有动子永磁型直线电机多数为单定子结构，动子漏磁严重，削弱了电机出力能力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双定子永磁直线电机及由其构成的电机模组，具有结构简单紧凑，聚磁效果好，推力大和高效率等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种双定子永磁直线电机，包括上下两定子及位于所述两定子之间的动子，所述动子和两定子均为凸极结构，且动子与两定子之间具有气隙，其特征在于：所述两定子均由导磁材料构成；所述动子包括动子模块化铁芯、永磁体和电枢绕组，所述动子模块化铁芯由两个端部铁芯和居于两个端部铁芯之间的内部铁芯构成，在所述端部铁芯外端面的中间设置有凸出于端面的轭部，在所述内部铁芯上下两个面的中间对称开设有通过轭部隔开的绕组槽，在所述绕组槽内设置所述的电枢绕组，在所述端部铁芯与内部铁芯以及相邻两内部铁芯之间分别设置所述的永磁体，所述永磁体充磁方向平行于动子运动平面；所述两定子相互错开半个定子极距的位移。
所述电枢绕组为集中绕组，所述电枢绕组由分别套在所述轭部上下的两个绕组槽内的上下两层绕组构成，套住同一个永磁体的上下两层绕组属于同一相电枢绕组且正负极性相同。
相邻两个永磁体充磁方向相反。
所述永磁体高度小于或等于模块化铁芯的高度。
所述双定子永磁直线电机是电动机或发电机。
一种由双定子永磁直线电机构成的电机模组，其特征在于：包括有k个所述双定子直线电机，k为正整数。
所述k个所述双定子永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。
本发明双定子永磁直线电机，包括动子和定子，所述动子和定子均为凸极结构，且两者之间具有气隙，定子上既无永磁体也无电枢绕组，仅为导磁材料构成。上下两个定子相互错开半个定子极距的位移，增强电机的聚磁效应。动子模块化铁芯由单边具有轭部的半“H”型端部铁芯和内部具有轭部的“H”型内部铁芯构成。半“H”型模块化铁芯位于动子边端。动子模块化铁芯的轭部不是主磁路部分，厚度可以做小，绕组槽面积因而得到增加。动子模块化铁芯之间夹有永磁体。永磁体充磁方向平行于动子运动平面。电枢绕组为集中绕组，分为上、下层绕组，分别设置于绕组槽中且套住永磁体。
与现有技术相比，本发明结构上的特点导致其具有：便于加工组装，有效槽面积大，推力密度大，聚磁能力强等优点。本发明特别适合于需要大推力和长定子结构直线电机应用场合，例如城市轨道交通、工厂运输传动设备、高层楼房电梯等直线驱动场合。
本发明适合于现有磁通切换型永磁直线电机可以采用的所有的动子极距/定子极距（Tm/Ts），如7/6，10/6，11/6，10/12，11/12，12/12，13/12，14/12等。而现有技术是不能做到Tm/Ts=10/12，11/12，12/12，13/12，14/12等，现有技术只能在Tm/Ts=10/6 下才能得到最好的性能。
附图说明
图1所示为本发明一实施例的双定子永磁直线电机的结构示意图。
具体实施方式
为了说明本发明的结构特点及运行原理，下面以一台动子极距/定子极距（Tm/Ts）=10/12的三相电机为例来说明。
如图1所示，本发明所提供的双定子永磁直线电机，包括动子1和定子2，所述动子1和定子2均为凸极结构，且两者之间具有气隙。动子1包括动子模块化铁芯3，永磁体4和电枢绕组5。定子2上既无永磁体也无电枢绕组，仅为导磁材料构成。上下两个定子2相互错开半个定子极距（Ts/2）的位移。动子模块化铁芯3由半“H”型模块化端部铁芯3A和“H”型模块化内部铁芯3B构成。半“H”型模块化铁芯3A位于动子1边端。动子模块化铁芯的轭部6由于不是主磁路部分，在保证机械强度的前提下，其厚度做到最小，以此增加槽面积，增大电机出力。动子模块化铁芯3之间夹有永磁体4。永磁体4充磁方向平行于动子1运动平面。电枢绕组5为集中绕组，设置于模块化铁芯3槽中且套住永磁体4。
如图1所示实施例，虚线框内为动子1一相单元,宽度为动子极距Tm，动子1共有6个相单元，分别是A1、B1、C1、A2、B2、C2。每个相单元有上下层电枢绕组5，由模块化铁芯的轭部6隔开。上下层绕组正负极性相同，可以串联或并联成相单元绕组。相单元A1和A2组成三相电机的A相，其他相以此类推。
本实施例中相邻相单元中永磁体4充磁方向相反且永磁体4高度与动子模块化铁芯3等高。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种双定子永磁直线电机，包括上下两定子及位于所述两定子之间的动子，所述动子和两定子均为凸极结构，且动子与两定子之间具有气隙，其特征在于：所述两定子均由导磁材料构成；所述动子包括动子模块化铁芯、永磁体和电枢绕组，所述动子模块化铁芯由两个端部铁芯和居于两个端部铁芯之间的内部铁芯构成，在所述端部铁芯外端面的中间设置有凸出于端面的轭部，在所述内部铁芯上下两个面的中间对称开设有通过轭部隔开的绕组槽，在所述绕组槽内设置所述的电枢绕组，在所述端部铁芯与内部铁芯以及相邻两内部铁芯之间分别设置所述的永磁体，所述永磁体充磁方向平行于动子运动平面；所述两定子相互错开半个定子极距的位移。
2.根据权利要求1所述的双定子永磁直线电机，其特征在于：所述电枢绕组为集中绕组，所述电枢绕组由分别套在所述轭部上下的两个绕组槽内的上下两层绕组构成，套住同一个永磁体的上下两层绕组属于同一相电枢绕组且正负极性相同。
3.根据权利要求1所述的双定子永磁直线电机，其特征在于：相邻两个永磁体充磁方向相反。
4.根据权利要求1所述的双定子永磁直线电机，其特征在于：所述永磁体高度小于或等于模块化铁芯的高度。
5.根据权利要求1所述的双定子永磁直线电机，其特征在于：所述双定子永磁直线电机是电动机或发电机。
6.一种由权利要求1~5之一所述的双定子永磁直线电机构成的电机模组，其特征在于：包括有k个所述双定子直线电机，k为正整数。
7.根据权利要求6所述的电机模组，其特征在于：所述k个所述双定子永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。
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