CN105356720A - 一种双永磁体横向磁通直线永磁电机 - Google Patents
一种双永磁体横向磁通直线永磁电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，包括初级机构和次级机构，初级机构包括若干个结构相同的初级单元，每个初级单元包括导磁部件和电枢绕组，其中，导磁部件具有三个突出部分：主磁齿和位于主磁齿两侧的副磁齿，电枢绕组缠绕于主磁齿周围；所述次级机构包括永磁体固定板和永磁体矩阵，永磁体矩阵包括若干个并排设置的永磁体，两排永磁体依次一一对应的固定于永磁体固定板两侧，导磁部件与永磁体之间存在气隙。本发明可以实现该电机一个铁心叠片对应一个电枢绕组两条并联磁通回路，实现横向磁通直线永磁电机结构简单，各相磁路短，力密度更高，输出力波动更小，短磁路可减小电机涡流损耗提高电机效率，增加了永磁体的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种双永磁体横向磁通直线永磁电机。
背景技术
横向磁通直线永磁电机的运动方向与电机磁场路径所在平面垂直，电机的电路和电机磁路相对较为独立，与传统电机相比，横向磁通电机具有转矩密度高、设计灵活、电磁负荷解耦、控制方便、低速特性优良等特点，其应用领域也日益扩展，尤其适合低速大功率驱动场合,横向磁通电机极大地缩短了磁路长度，减小了铁磁材料的用量和铁耗，在一定范围内提高了磁能变化率，进而提高了电机的出力。另外横向磁通直线永磁电机有控制特性好的优点，在国民经济和国防等领域将会有广泛的应用前景。
常规横向磁通直线永磁电机推力可比一般直线电机要大，然而电机的推力加大其输出力脉动也增大，另外一般横向磁通直线永磁电机结构复杂，加工装配难度较大。一般平板式横向磁通直线永磁电机还存在单边磁拉力的问题，一般的双面横向磁通直线永磁电机加工装配比较费力。如何进一步提高电机力密度，如何减小输出力脉动，如何使电机结构更加简单易于制作装配等都成为解决横向磁通直线永磁电机得到广泛应用的关键问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，本装置可以实现该电机一个铁心叠片对应一个电枢绕组两条并联磁通回路，实现横向磁通直线永磁电机结构简单，各相磁路短，力密度更高，输出力波动更小，短磁路可减小电机涡流损耗提高电机效率，增加了永磁体的利用率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，包括初级机构和次级机构，初级机构包括若干个结构相同的初级单元，每个初级单元包括导磁部件和电枢绕组，其中，导磁部件具有三个突出部分：主磁齿和位于主磁齿两侧的副磁齿，电枢绕组缠绕于主磁齿周围；所述次级机构包括永磁体固定板和永磁体矩阵，永磁体矩阵包括若干个并排设置的永磁体，两排永磁体依次一一对应的固定于永磁体固定板两侧，导磁部件与永磁体之间存在气隙。
同一排上相邻永磁体充磁方向相反或相同。
同一列上的两个永磁体称为永磁体对，其充磁方向相反。
进一步的，所述并排设置的永磁体之间的法向间距与两个副磁齿与主磁齿两气隙间的间距相同。
进一步的，所述永磁体对完全对齐或错位，永磁体与永磁体固定板平面之间平行或成一定角度。
所述导磁部件为E型结构，由导磁叠片叠压而成或有导磁复合材料锻压而成，绕组绕制在E型导磁结构中。
所述永磁体固定板为导磁或非导磁材料。
所述每个初级单元的电枢绕组绕的磁场有两个并联的磁回路，每个磁回路对应一个永磁体，一个磁回路为主磁齿、一个副磁齿、主磁齿与该副磁齿间的气隙，位于该气隙中的永磁体；另一个磁回路为主磁齿、另一个副磁齿，主磁齿与该副磁齿间的气隙及该气隙中的永磁体。
所述初级单元的个数为电机相数的整数倍。
所述初级单元间距Ls与永磁体对之间的间距为lp的关系为：其中k＝0,1,2,3...，M为电机相数。
电机中同相的初级单元绕组相互串联或并联。
一种大型双永磁体横向磁通直线永磁电机，包括若干个初级机构和次级机构，其中次级机构并列设置，初级机构与次级机构一一对应。
本发明的工作原理为：合理安排初级单元间间距和次级单元永磁体间间距，通过运动方向上初次级之间的相对位置，合理给初级单元的各相通电，使初级单元产生的磁场与次级单元永磁体磁场相互作用，产生持续的推力。如次级单元上同一排相邻永磁体充磁方向不同，则同一排相邻永磁体间距180°电角度。初级单元采用三相，且相间间距采用120°电角度。通过给初级单元线圈通相位相差120°的三相电流，则该电机运行原理和三相同步电机一样。
本发明的有益效果为：
(1)电机采用双永磁体结构，可以实现高力密度；
(2)电机结构简单紧凑，组装方便容易，空间利用率高；
(3)采用E型结构初级机构，每个初级单元均有一个绕组，一个绕组对应两个并列磁回路，同时磁路短，可更大的提高电机功率同时减小电机涡流损耗和铁耗；
(4)电机输出力由电机初级单元和两列永磁体相互作用产生，每列永磁体与初级单元产生的力相互独立，电机输出力为两列永磁体分别和初级单元相互作用产生的力的叠加；可通过调节两列永磁体的相对位置来减小电机输出力的波动，从而使电机输出力波动小，定位力小；
(5)每个初级单元都是相互独立的，电机可靠性高、容错能力强；
(6)电机初级单元可扩展为矩阵形式，扩展方便，进一步提高电机输出力。
附图说明
图1a是本发明的一种三相单永磁体矩阵双永磁体横向磁通直线永磁电机的整体结构示意图；
图1b是本发明的一种三相单永磁体矩阵双永磁体横向磁通直线永磁电机的整体结构放大示意图；
图2是本发明的一种单永磁体矩阵双永磁体横向磁通直线永磁电机的端部视图结构示意图；
图3是本发明的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机的初级导磁材料结构示意图；
图4是本发明的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机的初级部分整体结构示意图；
图5是本发明的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机的次级部分结构示意图；
图6是本发明的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机的次级部分一个永磁体矩阵三维结构示意图；
图7是本发明的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机一种磁通流向示意图；
图8是本发明的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机的一种磁力线分布示意图；
图9是本发明的一种多永磁体矩阵组成的一个大型双永磁体横向磁通直线永磁电机结构示意图。
其中，1、初级导磁材料，2、初级线圈绕组，3、次级永磁体，4、次级永磁体固定板，1-1、主磁齿，1-2、副磁齿，1-3、副磁齿，1-4、轭部，1-1-1、极靴，1-1-2、极靴，1-2-1、极靴，1-3-1、极靴，3-1、次级永磁体，3-2、次级永磁体。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1a所示，一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，包括初级和次级两部分，初级部分包括若干个结构相同的初级单元，每个初级单元由“E”型导磁材料和电枢绕组，次级部分由依次对称排列的次级永磁体和次级永磁体固定板组成；初级导磁材料与次级永磁体之间存在气隙。“E”型导磁材料由E型铁芯硅钢片叠压而成，也可以由复合导磁材料塑造而成。E型导磁材料包括E型中间的主磁齿和主磁齿两边的各一个副磁齿组成。线圈绕组绕制在E型导磁材料的主磁齿上(E型铁芯的中间齿)，次级包括次级永磁体矩阵和次级永磁体固定板，一个电机对应一个次级永磁体矩阵，该直线电机可并列组成一个大型双永磁体横向磁通直线永磁电机，使次级形成多个次级永磁体矩阵。次级部分中一个次级永磁体矩阵分为两排，两排间次级永磁体对称排列，同一排上相邻次级永磁体充磁方向相反或相同，排间距和初级E型空隙间距相同，一个次级永磁体矩阵中的同一列上的两个次级永磁体称为次级永磁体对，其充磁方向相反。同一列上的两个次级永磁体可完全对齐也可有部分错位，次级永磁体与次级永磁体固定板平面之间平行或成一定角度。次级永磁体都固定在固定板上，固定板由导磁或非导磁材料组成。本发明双永磁体横向磁通直线永磁电机即可作为电动机也可作为发电机。
每个初级单元包括E型导磁结构1和E型导磁结构上的线圈绕组2；次级部分由两列次级永磁体3和次级永磁体固定材料4。图1a、图1b中示意性的画出该电机的一种三相结构，初级单元相互间隔120°电角度形成电机各相。电机的初级单元个数和次级永磁体个数不限于此，可根据电机相数等实际情况增加或减少，同相的初级单元绕组相互串联或并联。
由图2所示为该电机初级和次级的相对位置。初级部分的线圈绕组2绕制在E型结构1的主磁齿上；次级永磁体3-1、3-2固定在次级永磁体固定板4上面，次级永磁体所在位置处于E型结构的初级单元的主磁齿和副磁齿间隙所在的空间，在电机运行时，电机初次级相对运动，次级永磁体所运动的空间从E型结构的初级单元的主磁齿和副磁齿间隙中穿过。从而提高电机的空间利用率，是电机结构紧凑同时绕组线圈绕制安装方便。
由图3所示为该电机初级单元E型结构图，其包含主磁齿1-1和两个副磁齿1-2,1-3以及连接各磁齿的轭部1-4组成，主磁齿1-1的宽度要较两个副磁齿1-2，1-3以及连接主副磁齿的轭部1-4宽。每个齿的末端都有利于导磁的极靴，副磁齿1-2的极靴1-2-1，副磁齿1-3的极靴1-3-1，主磁齿1-1极靴1-1-1和1-1-2。E型初级单元结构简单，制作方便。
由图4所示为电机初级排列视图，沿电机运动方向，电机初级单元间距ls及电机初级单元厚度τs由电机容量，次级永磁体间距等决定。图5所示为电机次级排列示意图，图示次级永磁体沿着相对运动方向依次排列成两排，每列的两个次级永磁体称为次级永磁体对，次级永磁体对的间距为D的，与初级E型结构主磁齿与两副磁齿的气隙间的间距相同，次级永磁体对充磁方向刚好相反。同一排相邻两次级永磁体充磁方向为相反或相同，图示同一排相邻两次级永磁体充磁方向相反。沿电机运动方向，次级永磁体长度为τp和次级永磁体对之间的间距为lp。如电机为M相，则电机初级单元个数N＝KXM；其中K为大于零的整数。初级单元间距，次级永磁体对间的间距，电机的相数之间的关系可由下式决定：其中k＝0,1,2,3...。图6为该电机次级三维示意图，次级永磁体依次排列在次级永磁体固定板上，结构简单。
由图7图8所示为该电机磁场流向示意图，图7为电机一个初级单元和次级永磁体对齐时的磁场流向示意图。该磁场流向分为两个回路。一个磁回路为E型初级单元主磁齿、E型初级单元的一个副磁齿，该E型初级单元的主磁齿及该副磁齿间的气隙，该气隙中的次级永磁体。另一个磁回路为一个磁回路为E型初级单元主磁齿、E型初级单元的另一个副磁齿，该E型初级单元的主磁齿及该另一个副磁齿间的气隙及该气隙中的次级永磁体。这两磁回路中的两个次级永磁体即为上述的次级永磁体对。图8为电机一个初级单元和次级永磁体对齐时的磁力线示意图。该磁力线是由次级永磁体或绕组通电产生的。从图中可知该电机结构采用一个绕组线圈，两个次级永磁体，两个磁回路结构，充分利用次级永磁体，在极大提升电机功率和电机力密度的同时，简化了电机的结构。电机磁路短，减小电机的损耗同时提高了电机的效率。
由图9所示为该若干个该电机单元组成的一个大型双永磁体横向磁通直线永磁电机，增加初级单元和次级永磁体矩阵数，可实现电机的扩大化，方便电机的功率扩展，并且初级单元之间独立，容错能力高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，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)
1.一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：包括初级机构和次级机构，初级机构包括若干个结构相同的初级单元，每个初级单元包括导磁部件和电枢绕组，其中，导磁部件具有三个突出部分：主磁齿和位于主磁齿两侧的副磁齿，电枢绕组缠绕于主磁齿周围；所述次级机构包括永磁体固定板和永磁体矩阵，永磁体矩阵包括若干个并排设置的永磁体，两排永磁体依次一一对应的固定于永磁体固定板两侧，导磁部件与永磁体之间存在气隙。
2.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：同一排上相邻永磁体充磁方向相反或相同。
3.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：同一列上的两个永磁体称为永磁体对，其充磁方向相反。
4.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述并排设置的永磁体之间的法向间距与两个副磁齿与主磁齿两气隙间的间距相同。
5.如权利要求4所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述永磁体对完全对齐或错位，永磁体与永磁体固定板平面之间平行或成一定角度。
6.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述每个初级单元的电枢绕组绕的磁场有两个并联的磁回路，每个磁回路对应一个永磁体，一个磁回路为主磁齿、一个副磁齿、主磁齿与该副磁齿间的气隙，位于该气隙中的永磁体；另一个磁回路为主磁齿、另一个副磁齿，主磁齿与该副磁齿间的气隙及该气隙中的永磁体。
7.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述初级单元的个数为电机相数的整数倍。
8.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述初级单元间距Ls与永磁体对之间的间距为lp的关系为：其中k＝0,1,2,3...，M为电机相数。
9.如权利要求1所述的一种双永磁体横向磁通直线永磁电机，其特征是：电机中同相的初级单元绕组相互串联或并联。
10.一种大型双永磁体横向磁通直线永磁电机，包括如权利要求1所述的若干个初级机构和次级机构，其中次级机构并列设置，初级机构与次级机构一一对应。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180918 Termination date: 20201210 |