CN105391268A - 一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，它包括永磁式初级和次级；永磁式初级包括定子铁芯、电枢绕组及永磁体；其中，定子铁芯呈环状，在其内表面设有均匀排列的定子铁芯齿，在定子铁芯齿上缠绕有电枢绕组线圈，永磁体安装至定子铁芯齿的端面上，永磁体充磁方向为径向；次级包括轴、隔磁环及动子铁芯，沿轴向均匀分布有若干层动子铁芯环，各层动子铁芯环之间由隔磁环间隔开；每一层定子铁芯环为若干异形扇形的动子铁芯沿周向依次错开一定角度排列形成，相邻的动子铁芯之间沿轴向也错开一定距离。该电机解决了现有圆筒型横向磁通直线电机结构复杂、制造工艺难度大、初级空间利用率偏低、次级惯量偏高、功率密度低的问题。

Description

一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机

技术领域

本发明涉及一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，属于直线电机技术领域。

背景技术

直线电机是直接将电能转化为直线运动的机械能，省去中间多余的机械传动机构，系统效率高，响应速度快，噪音低，易维护，所以广泛应用于直线运动领域。

传统永磁直线电机为轴向磁路结构，磁负荷与热负荷交叉耦合，功率密度低；而横向磁通式永磁直线电机磁负荷与热负荷解耦，功率密度及推力密度较传统永磁直线电机高。

传统永磁式横向磁通直线电机功率密度及推力密度虽然较传统永磁直线电机高，但是功率密度还有很大的提升空间，且存在结构复杂、制造工艺难度大、初级空间利用率偏低、次级惯量偏高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，该电机结构简单、制造工艺难度小、初级空间利用率高、次级惯量低、功率密度高。

本发明提供的圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，包括永磁式初级和次级；所述永磁式初级包括定子铁芯、电枢绕组及永磁体；

其中，所述定子铁芯呈环状，在其内表面设有均匀排列的定子铁芯齿，在定子铁芯齿上缠绕有电枢绕组线圈，所述永磁体安装至定子铁芯齿的端面上，形成多极永磁式初级，相邻永磁体磁化方向相反，永磁体充磁方向为径向；

所述次级，包括轴、隔磁环及动子铁芯，沿轴向均匀分布有若干层动子铁芯环，各层动子铁芯环之间由隔磁环间隔开，一层动子铁芯环及隔磁环组成一组压装至轴上；所述每一层定子铁芯环为若干异形扇形的动子铁芯沿周向依次错开一定角度排列形成，该角度根据电机的相数以及每相定子铁芯齿的对数确定，相邻的动子铁芯之间沿轴向也错开一定距离，该距离根据定子铁芯的长度、每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数以及电机的相数来确定。

所述异形扇形的动子铁芯包括内侧固定环及外侧环状扇形，在所述环状扇形的外圆周中心位置设置有凹槽，其沿轴向贯穿该动子铁芯。

所述定子铁芯长度为L，电机为m相，m为正整数，m≧2，每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数为p时，所述定子铁芯齿数为2nm个，n为每相定子铁芯齿的对数，电机极距为L/2p，所述同一层定子铁芯环上动子铁芯沿周向依次错开的角度为360°/nm。

相邻的动子铁芯之间沿轴向错开的距离为L/pm，m为电机相数；其中，当m=3时，相邻的动子铁芯之间沿轴向错开的距离为L/3p或者为L/2p。

所述电枢绕组包括若干个线圈，每个线圈分别沿轴向缠绕在定子铁芯齿上，其中，相邻两个定子铁芯齿上的线圈为一相，电枢绕组线圈之间串联连接，每相线圈数为2n，n为每相定子铁芯齿的对数，总线圈数为2nm，m为电机相数。

所述永磁体沿轴向安装至定子铁芯齿上，形成多极永磁式初级，轴向相邻永磁体磁化方向相反，N、S极成对设置，周向相邻两个定子铁芯齿上的同一位置上N、S极成对设置，磁化方向为径向；当每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数为p，电机为m相，m为正整数，m≧2，永磁体数量为4nmp个。

所述隔磁环轴向长度为L/2p，p为每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数，当电机为m相时，m为正整数，m≧2，每隔m个动子铁芯压装一个隔磁环。

所述圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机可以是发电机或电动机。

本发明所述的圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机在继承了传统横向磁通直线电机的优点基础上，初级的定子铁芯采用通用旋转电机制作工艺，工艺简单，制造成本低，且轴向无隔磁环，初级空间利用率高，功率密度高；永磁体位于定子铁芯上，装配简单、可靠、耐冲击性强、易于散热。

次级结构简单可靠，沿轴向均匀分布有若干层动子铁芯环，一层动子铁芯环及隔磁环组成一组压装至轴上；每一层定子铁芯环为若干异形扇形的动子铁芯沿周向依次错开一定角度排列形成，相邻的动子铁芯之间沿轴向也错开一定距离；该种结构无永磁体，惯量小，电机动态响应快；此圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机即可以作为电动机使用，也可以作为发电机使用；即可以广泛应用于低速大推力场合，也可以用在对直线电机要求线速度高的场合。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机立体示意图；

图2是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的永磁式初级立体示意图；

图3是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的定子铁芯立体示意图；

图4是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的永磁体立体示意图；

图5是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的次级立体示意图；

图6是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的次级正视图；

图7是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的次级侧视图；

图8是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的动子铁芯立体示意图；

图9是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的动子铁芯正视图；

图10是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的隔磁环立体示意图；

图11是本发明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机的正视图；

图中，100-初级、101-定子铁芯、102-电枢绕组、103-永磁体、104-定子铁芯齿、105-定子铁芯槽口；

200-次级、201-轴、202-动子铁芯、203-隔磁环、204-环状扇形、205-凹槽、206-固定环；

m1、m2、m3-电枢绕组、A1和A2-电机的A相、B1和B2-电机的B相、C1和C2-电机的C相。

具体实施方式

本发明提供一种明圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下，参照图1至图11，以单元电机相数m=3，极对数p=1，n=1为例，对本发明涉及的圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机进行详细说明。

如图1至图5所示，本发明提供的一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，包括永磁式初级100和次级200；永磁式初级100由定子铁芯101、电枢绕组102及永磁体103组成；定子铁芯101当长度为L时，定子铁芯齿104数量为2nm=6个，电机极距为L/2p=L/2；电枢绕组102由多个线圈组成，每个线圈分别沿轴向缠绕在定子铁芯齿104上，形成多相绕组，相邻两个线圈为一相，如图2所示A、B、C三相，每相线圈数为2n=2个，总线圈数为2nm=6个；永磁体103沿轴向安装至定子铁芯齿104上，形成多极永磁式初级100，轴向相邻永磁体103磁化方向相反，N、S极成对，周向N、S极成对出现，永磁体103磁化方向为径向，永磁体103数量为4nmp=12个。

如图5至图10所示，次级200包括轴201、隔磁环203及动子铁芯202；动子铁芯202周向呈一个“异形扇形”，“异形扇形”动子铁芯202外圆中心线处有凹槽205，凹槽205起到动子周向定位作用，凹槽205位置正对定子铁芯槽口105，“异形扇形”动子铁芯202由内侧“固定环”206及外侧“环状扇形”204组成，“环状扇形”204部分为有效磁路部分，为主磁通磁路，轴向长度为L/2p=L/2，在周向所占角度小于360°/nm=120°，3个动子铁芯202一组分别依次压装至轴201上，如图7所示3个动子铁芯202分别用m1、m2及m3表示，m1、m2及m3之间周向依次错开360°/nm=120°，如图6所示，轴向依次相距L/2pm=L/6,如图7所示，m1、m2及m3压装完成后，压装隔磁环203，隔磁环203轴向长度为L/2p=L/2，按照上述方法轴向周期阵列，形成次级200，且同一相绕组下对应的动子铁芯202轴向相距均为L/2p。

如图11所示，A1及A2串联成A相绕组，B1及B2串联成B相绕组，C1及C2串联成C相绕组，m1、m2及m3分别对应A相、C相及B相绕组。

本发明所述具体实施案例仅为本发明的案例之一，并非用于限定本发明的实施范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进及修饰，这些改进及修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，包括永磁式初级和次级；其特征是：所述永磁式初级包括定子铁芯、电枢绕组及永磁体；

其中，所述定子铁芯呈环状，在其内表面设有均匀排列的定子铁芯齿，在定子铁芯齿上缠绕有电枢绕组线圈，所述永磁体安装至定子铁芯齿的端面上，形成多极永磁式初级，相邻永磁体磁化方向相反，永磁体充磁方向为径向；

所述次级，包括轴、隔磁环及动子铁芯，沿轴向均匀分布有若干层动子铁芯环，各层动子铁芯环之间由隔磁环间隔开，一层动子铁芯环及隔磁环组成一组压装至轴上；所述每一层定子铁芯环为若干异形扇形的动子铁芯沿周向依次错开一定角度排列形成，该角度根据电机的相数以及每相定子铁芯齿的对数确定，相邻的动子铁芯之间沿轴向也错开一定距离，该距离根据定子铁芯的长度、每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数以及电机的相数来确定。

2.根据权利要求1所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：所述异形扇形的动子铁芯包括内侧固定环及外侧环状扇形，在所述环状扇形的外圆周中心位置设置有凹槽，其沿轴向贯穿该动子铁芯。

3.根据权利要求2所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：所述定子铁芯长度为L，电机为m相，m为正整数，m≧2，每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数为p时，所述定子铁芯齿数为2nm个，n为每相定子铁芯齿的对数，电机极距为L/2p，所述同一层定子铁芯环上动子铁芯沿周向依次错开的角度为360°/nm。

4.根据权利要求3所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：相邻的动子铁芯之间沿轴向错开的距离为L/pm，m为电机相数；其中，当m=3时，相邻的动子铁芯之间沿轴向错开的距离为L/3p或者为L/2p。

5.根据权利要求1所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：所述电枢绕组包括若干个线圈，每个线圈分别沿轴向缠绕在定子铁芯齿上，其中，相邻两个定子铁芯齿上的线圈为一相，电枢绕组线圈之间串联连接，每相线圈数为2n，n为每相定子铁芯齿的对数，总线圈数为2nm，m为电机相数。

6.根据权利要求1所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：所述永磁体沿轴向安装至定子铁芯齿上，形成多极永磁式初级，轴向相邻永磁体磁化方向相反，N、S极成对设置，周向相邻两个定子铁芯齿上的同一位置上N、S极成对设置，磁化方向为径向；当每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数为p，电机为m相，m为正整数，m≧2，永磁体数量为4nmp个。

7.根据权利要求1所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：所述隔磁环轴向长度为L/2p，p为每个定子铁芯齿下轴向永磁体的极对数，当电机为m相时，m为正整数，m≧2，每隔m个动子铁芯压装一个隔磁环。

8.根据权利要求1所述一种圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机，其特征是：所述圆筒型初级永磁式横向磁通直线电机是发电机或电动机。