CN105305771A - 一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机，属于新型结构电机。作为一种新型结构的直线开关磁阻电机，其采用横向磁通的结构，利用线圈互感耦合的原理，提高了系统中电路和磁路的利用率。轴向截面上，槽极配合与传统型直线开关磁阻电机相同，但每个动子齿上嵌有永磁体。横向截面上，定子和动子的极数和极弧相等，保证横向磁通漏磁最小。电机绕组为集中绕组，每个时刻两相绕组同时导通，通电顺序依次是A+B-、B+C-、C+A-。本发明电机线圈间的互感耦合提高了提高电机的功率密度，永磁体的采用省去了励磁电源，横向磁通的原理保证了磁路与电路在几何结构上的解耦，特别适合低速大推力高功率直线运动的机电能量转换场合。

Description

一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机

技术领域

本发明属于直线电机领域的开关磁阻电机，具体涉及一种新型的横向磁通线圈互感耦合的直线开关磁阻电机。

背景技术

直线电机可以直接实现直线运动的机电能量转换，省去了中间的转换机构，能够提高能量转换效率，大大降低系统成本。开关磁阻电机结构简单，散热性能好，容错性好，是一种理想的机电能量转换装置。然而，传统的开关磁阻电机绕组之间互感独立，工作时刻只有一相励磁，工作效率低，电机功率密度低；同时，平板式的直线电机因为两端开断有明显的边缘效应，造成电机内磁场分布不连续，影响电机的运行性能，法向力也会大大降低导轨的使用寿命。

为克服这些问题，专利号为CN101304207A的专利文献公开了一种线圈互感耦合的直线开关磁阻电机，涉及一种线圈互感耦合的直线开关磁阻电机，其与传统型开关磁阻电机相比，提高了绕组利用率和电机功率密度，使电路和磁路的利用率大大提高，但仍然存在磁路开断引起边缘效应，磁路不对称引起法向力过大，使次级往复运动的工作效率不高。专利号CN101355285B的专利文献公开了一种多层组合式开关磁阻发电机，所涉及电机的动子为纵向多层组合结构，每层动子设置在一组齿槽相对的两个定子铁芯之间，优点是功率密度高和可靠性好，但仍然存在磁路开断纵向边缘效应较大和磁路不对称引起的法向力过大的问题，不能满足效率需求。专利号CN103095095A的专利文献公开了一种不对称双面直线开关磁阻电机，所涉及的电机将动子齿设计为两边不对称的形状，且在动子两侧的定子组在位置上也不对称，缺点是由于动子定子结构的不对称，依然存在法向力过大的问题，效率不高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机。这种电机的采用既提高了电机系统中电路和磁路的利用率，提高电机的功率密度，又横向磁通的原理保证了磁路与电路在几何结构上的解耦，解决了现有传统型直线电机存在的法向力过大的问题。

本发明提供一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，它包括轴、联轴器、轴承、底座、定子、动子、永磁体及动子绕组。所述轴和所述底座通过所述联轴器固定；所述定子包括若干个定子块和定子套筒，各所述定子块沿轴向等间距排列，各所述定子块一次成型或者由硅钢片沿轴向叠成，包括定子齿、定子槽和定子轭部，所述定子套筒由若干个相同大小套筒沿轴向连接而成，各套筒里可固定两个定子块；所述动子由动子一、动子二、动子三、永磁体和动子绕组构成，动子一、动子二、动子三沿轴向等间距排列，通过所述轴承沿轴向固定，包括动子齿、动子槽和动子轭部，所述动子齿上绕制动子绕组，动子绕组包括A、B、C三相；所述永磁体安放在所述动子齿中，所述永磁体由高性能永磁材料制成，沿径向充磁，相邻两个永磁体的充磁方向相反。所述动子和轴承与所述轴形成轴向直线移动配合，可以沿轴向做直线运动。

所述定子与动子同轴，动子安放在定子内侧。

所述定子与动子之间设有环形空气隙。

所述各个定子块与动子横截面的极数相同。

所述各个定子块与动子横截面的齿宽相等。

所述定子与动子轴截面的极槽配合符合开关磁阻电机的普通原理。

所述动子一、动子二、动子三和轴承通过联轴器连接为一体。

所述动子一、动子二、动子三上各有两相绕组，按顺序依次为A相B相、B相C相、C相A相，所述各动子槽里有两相绕组。

所述动子绕组为集中绕组，每个时刻两相绕组同时导通，采用双极性通电方式，通电顺序依次是A+B-、B+C-、C+A-。

所述动子的任一动子磁极与一定子块磁极完全对齐时，另外两个动子磁极与距离最近的定子块磁极处于完全不对齐位置。

本发明的有益效果：本发明电机结合了横向磁通的原理和线圈互感耦合的原理，既可以实现磁路与电路在几何结构上的解耦，根据需要灵活进行电机设计，又利用了线圈间的互感耦合，改善了磁路和电路的利用率，提高了电机功率密度，还采用了圆筒型的对称结构，解决了磁路开断和磁路不对称的问题。此外，永磁材料的引入克服了传统开关磁阻电机需要额外励磁电源，能量利用率低的缺点。适用于低速大推力高功率的直线运动应用场合。

附图说明

图1为本发明本体沿轴向的截面图；

图2为图1的动子关联区域放大图；

图3为本发明本体沿图1中G-G横向剖开的横向截面图；

图4为本发明本体沿图1中J-J横向剖开的横向截面图；

图5为本发明本体沿图1中K-K横向剖开的横向截面图；

其中，1为底座，2为轴，3为轴承，4为联轴器，5为动子一，6为动子二，7为动子三，8为永磁体，9为定子块，10为定子套筒，11为动子一上的动子绕组A，12为动子一上的动子绕组B，13为动子二上的动子绕组B，14为动子二上的动子绕组C，15为动子三上的动子绕组C，16为动子三上的动子绕组A。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一：

本实施例电机作电动机运行，相数为3，轴向截面每个周期定子块数为2，动子块数为3。参考图1、图2、图3、图4及图5。本实施例包括底座1、轴2、轴承3、联轴器4、定子、动子、永磁体8及设在动子组上的动子绕组。所述定子包括若干个定子块9和定子套筒10，所述定子块9沿轴向等间距排列，包括定子齿、定子槽和定子轭部，所述定子套筒10由若干个相同大小套筒沿轴向连接而成，各套筒里可固定两个定子块；所述动子由动子一5、动子二6、动子三7、永磁体8和动子绕组(包括A、B、C三相)构成，动子一5、动子二6、动子三7通过联轴器4沿轴向等间距排列，通过轴承3沿轴向固定，包含动子齿、动子槽和动子轭部；动子一5、动子二6、动子三7上分别有两相动子绕组，为集中绕组，按顺序依次为分布在动子一5上的A相动子绕组11和B相动子绕组12、分布在动子二6上的B相动子绕组13和C相动子绕组14、分布在动子三7上的C相动子绕组15和A相动子绕组16，所述各动子槽中有两相绕组；永磁体8安放在各个动子齿中。动子和轴2形成轴向直线移动配合，使动子能够相对该定子做轴向直线移动。

在电动运行过程中，任意时刻两相绕组同时导通，采用双极性通电方式，通电顺序依次是A+B-、B+C-、C+A-，三相绕组之间互感耦合。如图2，当C+A-导通时，此时动子三上动子绕组和永磁体产生的磁通将经由动子绕组线圈所在的动子齿经相邻的动子齿和对应的定子齿闭合，由于定子块9与动子三7磁极完全不对齐，磁阻较大，此时推动动子沿轴向定子块9所在位置移动，直到定子块9与动子三7的磁极完全对齐，在此过程中，电能转化成机械能。同理，在动子组移动的过程中依次导通B+C-、C+A-相。

需要说明的是，导通A+B-、B+C-、C+A-的时间是有一定规律的，在每两相励磁时产生磁拉力减小的点换相，能保证每次导通时产生磁拉力相互配合，维持在最大范围内，提高效率。

在本实施例中，每周期定子块数为2，动子块数为3。但在具体的实施过程中，不限于此，只要满足开关磁阻电机极槽配合的普遍规律即可。

实施例二：

本实施例电机作发电机运行，具体结构同实施例一。在做发电机运行过程中，直流励磁电压通过永磁体直接提供，在图2位置，原动机带动动子向与定子块9所在方向相反的轴向方向运动时，克服磁拉力做功，机械能转化成电能，此时，通过该动子绕组向外输出B、C相电流，同理，在原动机带动动子向图示运动方向运动过程中，动子绕组依次向外输出C、A相电流和A、B相电流，持续不断地将机械能转化成电能输出。

在本实施例中，每周期定子块数为2，动子块数为3。但在具体的实施过程中，不限于此，只要满足开关磁阻电机极槽配合的普遍规律即可。

在本发明的以上实施例中，每个定、动子的齿数为6，在实际的实施方式中，定、动子的齿数可以改变，只要定、动子齿数匹配即可。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机，其特征在于，包括底座(1)、轴(2)、轴承(3)、联轴器(4)、定子、动子、永磁体(8)及设在动子上的动子绕组，定子放在底座(1)上，轴(2)和底座(1)通过联轴器(4)固定，动子和轴(2)形成轴向直线移动配合，使动子能够相对定子做轴向直线移动。

2.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机，其特征在于，所述定子包括若干个定子块(9)和定子套筒(10)，所述定子块(9)沿轴向等间距排列，包括定子齿、定子槽和定子轭部，所述定子套筒(10)由六到十个相同大小的套筒沿轴向连接而成，每个套筒里可固定两个定子块(9)。

3.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机，其特征在于，所述动子由动子一(5)、动子二(6)、动子三(7)、动子绕组和永磁体(8)构成，动子一(5)、动子二(6)和动子三(7)沿轴向等间距排列，通过轴承(3)沿轴向固定，包括动子齿、动子槽和动子轭部。

4.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机，其特征在于，所述动子一(5)、动子二(6)和动子三(7)上各绕有两相集中绕组，顺序依次为动子一(5)上的A相动子绕组(11)和B相动子绕组(12)、动子二(6)上的B相动子绕组(13)和C相动子绕组(14)、动子三(7)上的C相动子绕组(15)和A相动子绕组(16)，每个所述动子槽中有两相绕组。

5.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，其特征在于，所述永磁体(8)安放在所述各个动子齿中，所述永磁体(8)由高性能永磁材料制成，沿径向充磁，相邻两个所述永磁体的充磁方向相反。

6.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，其特征在于，所述定子与动子同心同轴，动子安放在定子内。

7.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，其特征在于，所述定子与动子之间设有环形空气隙。

8.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，其特征在于，所述横向截面各个定子块与动子的极数相同。

9.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，其特征在于，所述横向截面各个定子块与动子的齿宽相等。

10.根据权利要求1所述的一种横向磁通互感耦合的直线开关磁阻电机，其特征在于，所述轴向截面定子与动子的极数和齿宽满足开关磁阻电机的槽极配合要求。