CN105356721A - 一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，包括初级部分和次级部分及气隙，初级部分由若干个结构相同初级单元组成，每个初级单元由导磁材料和线圈绕组组成，其中导磁材料可由硅钢片叠压而成或由复合导磁材料锻压组成。初级单元依次沿着运行方向排列，初级单元个数为电机相数的整数倍，同相的初级单元中的绕组相互并联或串联。次级部分由若干个结构相同的次级单元组成，每个次级单元包含一个导磁板和两个永磁体组成，次级单元成对对称排列在初级两侧形成双面结构，初级单元与两侧的次级单元间形成并列的两条磁回路。本发明的双永磁体横向磁通直线永磁电机磁路短，损耗小，力密度大，可作为电动机也可作为发电机，具有广阔的应用前景。

Description

一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机
技术领域
本发明涉及一种双面双磁路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。如何进一步提高电机力密度，减小电机磁路长度进一步减小电机铁磁损耗和涡流损耗，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，提出了一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，本装置能够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。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，包括初级机构和次级机构，其中，初级机构包括若干个结构相同的初级单元，次级机构包括若干个结构相同的次级单元，次级单元依次呈直线型间隔排列，所述次级单元包括上下对称设置的导磁板，导磁板上设有永磁体，所述初级单元包括导磁块和线圈绕组，所述导磁块套装于线圈绕组中，初级单元依次沿着运行方向排列，其个数为电机相数的整数倍，且同相的初级单元中的线圈绕组相互并联或串联。
优选的，所述次级单元的导磁板上两端分别设置有一个永磁体。
进一步的，每个次级单元的两个永磁体充磁方向不同。
所述永磁体的设置方向与次级单元的排列方向一致，沿着运行方向排列。
所述次级单元对称排列在初级单元两侧，永磁体与初级单元的辅助导磁磁靴对应。
每个初级单元与两侧的次级单元形成双磁路结构。
电机同一侧面的相邻次级单元间的相邻永磁体的充磁方向相同或相反。
优选的，所述导磁块为工字型，由硅钢片叠压而成或由复合导磁材料锻压组成。
优选的，所述线圈绕组成矩形框架型，所述导磁块套装于线圈绕组中。
所述初级机构和次级机构之间存在气隙。
所述次级单元之间存在间隔。
每个线圈绕组对应两条对称的磁通回路，经过导磁块磁芯、初级单元的辅助导磁磁靴、气隙、永磁体、导磁板、导磁板上另一侧永磁体、另一侧气隙和另一侧辅助导磁磁靴，回到导磁块磁芯。
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。如相邻次级单元上的相邻永磁体充磁方向不同，则相邻次级单元间距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。
该发明采用一个绕组两个磁路结构，结构简单，没有单边磁拉力，磁路短损耗小，采用两磁回路，易于散热，提高功率等。
本发明的有益效果为：
(1)电机结构简单，组装容易；
(2)电机采用双面结构，力密度高；
(3)电机一个绕组产生磁场通过初级导磁材料分别从两对称次级形成回路，即一个绕组两个磁通回路，磁路短，铁耗和涡流损耗小；
(4)电机输出力由电机初级单元和其两侧的次级单元体相互作用产生，每侧次级单元与初级单元产生的力相互独立，电机输出力为两侧次级单元分别和初级单元相互作用产生的力的叠加。可通过调节两侧次级单元上的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。
附图说明
图1是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的整体结构示意图；
图2是发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的初级结构示意图；
图3是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的次级结构示意图；
图4是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的端部结构示意图；
图5是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的初级结构示意图；
图6是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的次级结构示意图；
图7是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的两对称次级单元结构示意图；
图8是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的两对称次级单元结构示意图；
图9是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的一面次级结构的示意图；
图10是本发明的一种双面横向磁通直线永磁电机的磁力线示意图。
其中，1、初级单元“工”字型导磁结构，2、初级单元线圈绕组，3、次级单元永磁体，4、次级单元导磁板。
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。
双面横向磁通直线永磁电机是一款多相直线电机，电机相数M，同相的初级单元绕组可并联或串联。图1所示为一款双面横向磁通直线永磁电机三维示意图，如图所示电机的初级单元包含“工”字型导磁材料1和绕制在“工”字型导磁材料上的线圈绕组3，电机次级部分由次级单元组成，每个次级单元包括一个导磁板4和两个永磁体3。次级排列在电机初级两侧。图2所示为电机初级部分三维视图，初级单元沿着运动方向依次排列，图3所示为电机次级部分三维视图，电机次级对称排列形成双面结构，永磁体3镶嵌在导磁板上。
图4所示为电机端部视图，从图中可以看出电机初级部分的电枢绕组2绕制在电机初级“工”字型主磁芯1-11上，主磁芯和辅助导磁磁靴1-1、1-2、1-3、1-4一起组成初级单元“工”字型导磁材料。一个初级单元相对应两个次级单元，图中所示的初级单元对应的次级单元由导磁铁心4-1、4-2和永磁体3-1、3-2、3-3、3-4组成。电机次级单元分布在电机初级单元两侧，形成双面结构，永磁体分别对应初级辅助导磁磁靴，永磁体与初级辅助导磁磁靴之间留有气隙。
图5、图6分别为初级和次级的视图，沿电机相对运动方向，初级单元间的间隔ls与电机相数M和次级单元间隔lp满足：其中k＝0,1,2,3...。其中，导磁板宽度约等于导磁块宽度，τs≈τp；
图7，图8所示为该电机初级两侧对应的次级单元视图，导磁板4-1上的永磁体3-1、3-3和导磁板4-2上的永磁体3-2、3-4的充磁相对方向如图7图8所示，同一块导磁板上的永磁体(3-1与3-3；3-2与3-4)的充磁方向不相同，相对应面上的永磁体(3-1与3-2；3-3与3-4)充磁方向不相同。
图9所示为该电机一面的次级结构示意图，同一导磁板上的永磁体(3-1-1与3-2-1；3-1-2与3-2-2；3-1-3与3-2-3；3-1-4与3-2-4)充磁方向不同，但同一面上的相邻永磁体(3-1-1与3-1-2；3-1-2与3-1-3；3-1-3与3-1-4)的充磁方向相同或相反。
图10所示为初级单元与对应的次级单元对齐时磁力线图，该磁路分为两条，一条为：初级导磁材料主磁芯1-11，初级辅助导磁磁靴1-2，气隙，永磁体3-2，次级导磁板4-2，永磁体3-4，气隙，初级辅助导磁磁靴1-4。另一条为：初级导磁材料主磁芯1-11，初级辅助导磁磁靴1-1，气隙，永磁体3-1，次级导磁板4-1，永磁体3-3，气隙，初级辅助导磁磁靴1-3。该磁力线是由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，两个永磁体，两个磁回路结构，充分利用永磁体，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。
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)

1.一种双面双磁路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，其中，初级机构包括若干个结构相同的初级单元，次级机构包括若干个结构相同的次级单元，次级单元依次呈直线型间隔排列，所述次级单元包括上下对称设置的导磁板，导磁板上设有永磁体，所述初级单元包括导磁块和线圈绕组，所述导磁块套装于线圈绕组中，初级单元依次沿着运行方向排列，其个数为电机相数的整数倍，且同相的初级单元中的线圈绕组相互并联或串联。
2.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述次级单元的导磁板上两端分别设置有一个永磁体。
3.如权利要求2所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：每个次级单元的两个永磁体充磁方向不同。
4.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述永磁体的设置方向与次级单元的排列方向一致，沿着运行方向排列。
5.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述次级单元对称排列在初级单元两侧，永磁体与初级单元的辅助导磁磁靴对应。
6.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：每个初级单元与两侧的次级单元形成双磁路结构。
7.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：电机同一侧面的相邻次级单元间的相邻永磁体的充磁方向相同或相反。
8.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述导磁块为工字型，由硅钢片叠压而成或由复合导磁材料锻压组成；
所述线圈绕组成矩形框架型，所述导磁块套装于线圈绕组中。
9.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：所述初级机构和次级机构之间存在气隙，所述次级单元之间存在间隔。
10.如权利要求1所述的一种双面双磁路横向磁通直线永磁电机，其特征是：每个线圈绕组对应两条对称的磁通回路，经过导磁块磁芯、初级单元的辅助导磁磁靴、气隙、永磁体、导磁板、导磁板上另一侧永磁体、另一侧气隙和另一侧辅助导磁磁靴，回到导磁块磁芯。
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