CN104935148A - 一种磁通反向式永磁直线电机及由其构成的电机模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁通反向式永磁直线电机及由其构成的电机模组。磁通反向式永磁直线电机包括动子和定子。动子和定子均为凸极结构，且两者之间具有气隙。其中，上、下定子相互错开半个定子极距（τs/2）的位移。定子上既无永磁体也无电枢绕组，仅为导磁材料构成。动子由铁芯，永磁体和电枢绕组构成。铁芯上每个凸极齿表面贴有两块永磁体。永磁体充磁方向垂直于动子运动平面，同一凸极齿表面的永磁体充磁方向相反。电枢绕组为集中绕组，套住铁芯上的凸极齿。本发明的电机具有结构简单可靠，反电势正弦，推力大，推力波动较小，法向力小，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
技术领域
本发明涉及电机的制造技术领域，且特别是关于磁通反向式永磁直线电机。
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凸极式、磁通反向式和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，动子上永磁体漏磁严重，削弱了电机出力能力。此外，单定子直线电机的法向力很大，给电机系统带来很大的摩擦力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供磁通反向式永磁直线电机及由其构成的电机模组，具有结构简单可靠，反电势正弦，推力大，推力波动较小，法向力小，效率高等优点。
本发明公开了磁通反向式永磁直线电机及由其构成的电机模组。磁通反向式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。其特征在于，上下两个定子相互错开半个定子极距（τ s /2）的位移。定子上既无永磁体也无电枢绕组，仅为导磁材料构成。动子由铁芯，永磁体和电枢绕组构成。铁芯上每个凸极齿表面贴有两块永磁体。永磁体充磁方向垂直于动子运动平面，同一凸极齿表面的永磁体充磁方向相反。电枢绕组为集中绕组，套住铁芯上的凸极齿。
本发明中，所述磁通反向式永磁直线电机可以是电动机或发电机。
本发明中还提出一种由上述磁通反向式永磁直线电机构成的电机模组，其特征在于，k个所述磁通反向式永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。
综上，本发明结构上的特点导致其具有：结构简单可靠，反电势正弦，推力大，推力波动较小，法向力小，效率高等优点。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。
附图说明
图1所示为根据本发明的结构示意图。
图2所示为本发明的三相空载反电动势波形图。
图3所示为本发明的额定电流下推力波形图。
图4所示为本发明与现有单边结构的法向力波形图。
其中1-动子、2-定子、3-铁芯、4-永磁体、5-电枢绕组。
具体实施方式
为了说明本发明的结构特点及运行原理，下面以三相电机为例来说明。
如图1所示，本发明所提供的磁通反向式永磁直线电机（τ m =4/3* τ s ），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。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（τ s /2）的位移。动子1包括铁芯3，永磁体4和电枢绕组5构成。铁芯3上每个凸极齿表面贴有两块永磁体4。永磁体4充磁方向垂直于动子1运动平面，同一凸极齿表面的两块永磁体4充磁方向相反。本实施例中所有凸极齿上永磁体充磁方式一致。本实施例中永磁体4宽度与动子铁芯上凸极齿3等宽。电枢绕组5为集中绕组且套住铁芯3的凸极齿。
如图1所示实施例，每个动子1有上、下层电枢绕组5。属于同一相的上、下层绕组正负极性相反。实施例中绕组A1，A2串联组成A相绕组，绕组B1，B2串联组成B相绕组，绕组C1，C2串联组成C相绕组。
如图2所示为本实施例的三相空载反电动势波形图，其总的谐波含量为3.33%，说明了本发明具有反电势正弦的优点。
如图3所示为本实施例的额定电流下推力波形图，其推力波动率为8.54%，说明了本发明具有推力波动较小的优点。
如图4所示为本实施例与现有单边结构的法向力波形图。显然，本发明的法向力比现有单边结构的法向力小很多，有利于减小电机系统摩擦力。
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 (6)
1.一种磁通反向式永磁直线电机，包括动子和定子，所述动子和定子均为凸极结构，且两者之间有气隙，其特征在于：定子为导磁材料构成，上下两个定子相互错开半个定子极距τ s 的位移，动子由铁芯，永磁体和电枢绕组构成。
2.根据权利要求1所述的磁通反向式永磁直线电机，其特征在于：铁芯上每个凸极齿表面贴有两块永磁体，永磁体充磁方向垂直于动子运动平面，同一凸极齿表面的永磁体充磁方向相反。
3.根据权利要求1所述的磁通反向式永磁直线电机，其特征在于：电枢绕组为集中绕组，电枢绕组套住铁芯上的凸极齿。
4.根据权利要求1所述的磁通反向式永磁直线电机，其特征在于：所述磁通反向式永磁直线电机是电动机或发电机。
5.一种由权利要求1~4中任意一项所述的磁通反向式永磁直线电机构成的电机模组，其特征在于：由k个所述磁通反向式永磁直线电机依次排列组成，k为正整数。
6.根据权利要求5所述的电机模组，其特征在于：k个所述磁通反向式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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