CN105529900A - 磁力平衡式开关磁链直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于直线电机及其驱动领域，具体涉及磁力平衡式开关磁链直线电机，双边次级与设置在双边次级之间的双边初级配合构成双边型开关磁链直线电机，双边初级由至少一组交替贴装的导磁铁芯、磁体及绕组组成，至少一组导磁铁芯上设置励磁调节线圈，导磁铁芯为双边贯通式导磁铁芯，与相应的双边次级配合形成励磁通道，磁阻和漏磁大幅降低，当电机因轨道不平整或气隙偏差出现不平衡法向力（正压力）情况下，易于通过调整励磁电流消除或减小不平衡法向力，显著减轻或消除导向定位装置的磨损及运行噪声。特别适用于高效低成本、大推力、高功率密度、长行程和需要磁悬浮导向控制等直线电机工程应用场合。

Description

磁力平衡式开关磁链直线电机

技术领域

本发明属于直线电机及其驱动领域，具体涉及一种磁力平衡式开关磁链直线电机。

背景技术

直线电机已经广泛应用于各行各业。在直线电机直驱电梯、直线电机地铁、磁悬浮列车、直线电机加工中心、自动化流水线等多个应用领域和场合，不但要求直线电机推力大，还经常需要对直线电机进行增磁与弱磁调节、推力调节、法向力调节、无接触导向控制等，都需要对励磁场进行调节。现有带励磁调节的开关磁链直线电机结构如图1所示，磁体（磁化方向沿纵向）和带励磁调节线圈的U形铁芯交替排列，该结构要求初级轭部之外为非磁性材料且要求足够的厚度以便与减少漏磁，励磁调节线圈磁通路径：励磁调节线圈（沿法向）—初级铁芯柱—气隙—次级铁芯齿、轭部—次级铁芯齿—气隙—初级铁芯柱—初级铁芯轭部—永磁体（沿纵向）—（回到）励磁调节线圈。由于磁体可等效为通电的空芯线圈，故磁体的厚度（沿纵向）对于上述励磁磁路来说，可以看做空气隙，会产生很大的磁阻和磁压降，使得励磁磁势（即励磁电流与绕组匝数的乘积）大部分消耗到磁体等效空气隙中了，故其励磁场调节能力和调节效果很差，需要提供的励磁电流和供电功率非常大，线圈容易发热，导致电机体积大，成本高，一般只适用于工作气隙很小、永磁体很薄的场合，对于多数应用场合，难以实现大推力和有效的励磁调节。已成为制约直线电机工程应用的瓶颈问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有混合励磁开关磁链直线电机出力小、调节能力低、励磁功率与体积大、成本高等问题，提供了一种结构简单、出力大、调节能力强、励磁功率小、性价比高的磁力平衡式开关磁链直线电机。

本发明的目的是以下述方式实现的：

磁力平衡式开关磁链直线电机，包括由两个面对面设置的单边次级构成的双边次级，单边次级由开槽铁芯组成，双边次级与设置在双边次级之间的双边初级配合构成双边型开关磁链直线电机，双边初级由至少一组交替贴装的导磁铁芯、磁体及绕组组成，至少一组导磁铁芯上设置励磁调节线圈，导磁铁芯为双边贯通式导磁铁芯，与相应的双边次级配合形成励磁通道。

所述的双边贯通式导磁铁芯包括两贯通柱，两贯通柱之间设置有轭部的为H形导磁铁芯，两贯通柱与轭部为一体结构；两贯通柱之间没有设置轭部的为II形导磁铁芯，所述的励磁调节线圈套设在H形或II形导磁铁芯的两贯通柱外侧面上。

所述的励磁调节线圈位于H形或II形导磁铁芯的两贯通柱外侧凹槽Ⅰ内，或者励磁调节线圈伸出导磁铁芯位于相邻磁体凹槽Ⅱ内，导磁铁芯两贯通柱或磁体与励磁调节线圈配合设置。

所述的磁体设置在相邻的两个H形或II形导磁铁芯的两贯通柱外侧面之间，所述的绕组套设在相邻两个H形或II形导磁铁芯的两贯通柱内侧面上。

磁体的法向高度小于或者等于H形或II形导磁铁芯的法向高度。

所述的磁体为永磁体、超导磁体或者电励磁体。

所述的双边初级横向端部或轭部通过连接件连接成一体，与双边次级配合形成统一的磁力平衡式开关磁链直线电机。

所述的双边贯通式导磁铁芯的贯通柱端面开设至少一个槽。

本发明所述的双边次级与设置在双边次级之间的双边初级配合构成双边型开关磁链直线电机，双边初级由至少一组交替贴装的导磁铁芯、磁体及交流绕组组成，至少一组导磁铁芯上设置励磁调节线圈，导磁铁芯为双边贯通式导磁铁芯，与相应的双边次级配合形成励磁通道，磁阻大幅降低，当双边电机因轨道不平整或气隙偏差出现不平衡法向力（正压力）情况下，易于通过调整励磁电流消除或减小不平衡法向力，显著减轻或消除导向定位装置磨损和运行噪声，解决了现有开关磁链直线电机出力小，不平衡法向力难以调整等长期制约直线电机工程应用的瓶颈问题。特别适用于高效低成本、大推力、高功率密度、长行程和需要磁悬浮导向控制等直线电机工程应用场合。

附图说明

图1为现有带励磁调节线圈的开关磁链直线电机示意图；

图2为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机结构示意图一；

图3为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机结构示意图二；

图4为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机结构示意图三；

图5为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机双边初级结构示意图一；

图6为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机双边初级结构示意图二；

图7为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机双边初级结构示意图三；

图8为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机双边初级结构示意图四。

其中，1.双边次级；2.气隙；3.绕组；4.导磁铁芯；5.励磁调节线圈；6.磁体；7.导磁铁芯Ⅰ；8.导磁铁芯Ⅱ。

具体实施方式

图2~图4所示为本发明的磁力平衡式开关磁链直线电机结构示意图一、图二、图三，包括由两个面对面设置的单边次级构成的双边次级1，单边次级由开槽铁芯组成，双边次级1与设置在双边次级1之间的双边初级配合构成双边型开关磁链直线电机，双边初级由至少一组交替贴装的导磁铁芯4、磁体6及绕组3组成，至少一组导磁铁芯4上设置励磁调节线圈5，导磁铁芯4为双边贯通式有轭部H形导磁铁芯4或无轭部II形导磁铁芯4，与相应的双边次级1配合形成励磁通道，所述的励磁调节线圈5套设在H形或II形导磁铁芯4的两贯通柱外侧面上，所述的磁体6设置在相邻的两个H形或II形导磁铁芯4的两贯通柱外侧面之间，所述的绕组3套设在相邻两个H形或II形导磁铁芯4的两贯通柱内侧面上。其中，图2、图3中采用的是H形导磁铁芯4，图4中采用的是II形导磁铁芯4。

直流励磁路径如图3所示：励磁调节线圈5（沿法向）—导磁铁芯Ⅰ7—气隙—次级铁芯—气隙—导磁铁芯Ⅱ8—相邻的励磁调节线圈5（沿法向）—气隙—次级铁芯—气隙—导磁铁芯Ⅰ7—（回到）励磁调节线圈5。因励磁磁路所经过路径的铁芯和气隙2均直接参与机电能量转换，并没有通过磁体6，故其励磁磁阻小，励磁调节效果远优于图1中所示结构。

所述的双边初级的励磁调节线圈5位于H形或II形导磁铁芯4的两贯通柱外侧凹槽Ⅰ内，如图5、图6、图7所示，或者励磁调节线圈5伸出导磁铁芯位于相邻磁体凹槽Ⅱ内，如图8所示。导磁铁芯4两贯通柱或磁体6与励磁调节线圈5配合设置。

所述的励磁调节线圈5作为法向力或推力调节单元。当作为法向力调节单元时，根据双边法向力或双边磁场或双边气隙2的检测偏移量通入相应的直流励磁电流，励磁电流的方向和线圈的绕向使得双边电机两侧的励磁磁场及法向力一侧被增强的同时，另一侧被减弱；当作为推力调节单元时，根据负载或功角或位置或速度或负载电流的检测变化量通入相应的励磁电流，励磁电流的方向和线圈的绕向使得双边电机两侧的励磁磁场及法向力同时被增强或同时被减弱；双边初级与双边次级1配合构成了磁力平衡式开关磁链直线电机。

上述实施例中，所述的双边贯通式导磁铁芯4的贯通柱靠近气隙2端面可开设至少一个槽，所述的励磁磁体6可以采用永磁体，或者超导磁体，或者电励磁体，根据具体的需要而定。一般来说，优先采用钕铁硼材料制成的强磁性永磁体。磁体6的法向高度小于或者等于H形或II形导磁铁芯4的法向高度。上述磁力平衡式开关磁链直线电机双边初级横向端部或轭部通过连接件连接成一体，与双边次级1配合形成统一的磁力平衡式开关磁链直线电机。

本发明所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，巧妙应用了双边型开关磁链直线电机的结构特点，在初级设置了H形或II形双边贯通式导磁铁芯4，为双边初级直流励磁磁路提供了通道，磁阻和漏磁得以大幅降低，功率密度和推力大幅增加的同时，励磁调节能力显著增强。本发明的初级永磁主磁路和直流励磁辅助磁路在理论上可同时达到近乎完美，也就是说永磁体和励磁调节线圈磁势在初级内部区域能量损失小，几乎都用于参与初、次级的机电能量转换，这在普通带励磁调节永磁电机中是难以达到的，因此，推力可达到普通开关磁链直线电机的130%以上。进一步对不平衡法向力进行调整（使之为零）的仿真表明，推力保持不变或不影响推力情况下，对气隙5不平衡造成的法向力调节相当灵敏，所需直流励磁功率小，起到“一两拨千斤”之效，而且次级无需增加任何成本即可实现磁悬浮运行。从而解决了现有直线电机出力小、调节能力低、成本高、体积大等长期制约工程应用的瓶颈问题，提供了一种结构简单、推力大、调节能力强、性价比极高的磁力平衡式开关磁链直线电机。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.磁力平衡式开关磁链直线电机，包括由两个面对面设置的单边次级构成的双边次级，单边次级由开槽铁芯组成，双边次级与设置在双边次级之间的双边初级配合构成双边型开关磁链直线电机，双边初级由至少一组交替贴装的导磁铁芯、磁体及绕组组成，其特征在于：至少一组导磁铁芯上设置励磁调节线圈，导磁铁芯为双边贯通式导磁铁芯，与相应的双边次级配合形成励磁通道。

2.根据权利要求1所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：所述的双边贯通式导磁铁芯包括两贯通柱，两贯通柱之间设置有轭部的为H形导磁铁芯，两贯通柱与轭部为一体结构；两贯通柱之间没有设置轭部的为II形导磁铁芯，所述的励磁调节线圈套设在H形或II形导磁铁芯的两贯通柱外侧面上。

3.根据权利要求2所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：所述的励磁调节线圈位于H形或II形导磁铁芯的两贯通柱外侧凹槽Ⅰ内，或者励磁调节线圈伸出导磁铁芯位于相邻磁体凹槽Ⅱ内，导磁铁芯两贯通柱或磁体与励磁调节线圈配合设置。

4.根据权利要求2所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：所述的磁体设置在相邻的两个H形或II形导磁铁芯的两贯通柱外侧面之间，所述的绕组套设在相邻两个H形或II形导磁铁芯的两贯通柱内侧面上。

5.根据权利要求4所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：磁体的法向高度小于或者等于H形或II形导磁铁芯的法向高度。

6.根据权利要求4所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：所述的磁体为永磁体、超导磁体或者电励磁体。

7.根据权利要求6所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：所述的双边初级横向端部或轭部通过连接件连接成一体，与双边次级配合形成统一的磁力平衡式开关磁链直线电机。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7中任一权利要求所述的磁力平衡式开关磁链直线电机，其特征在于：所述的双边贯通式导磁铁芯的贯通柱端面开设至少一个槽。