CN105656281B - 带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机 - Google Patents
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Abstract
带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：包括动子铁心(1)、非导磁套(2)、励磁绕组(3)、定子(4)和电枢绕组，动子铁心(1)呈长柱形且带有三列沿轴向分布的动子极，分别是A相动子极、B相动子极和C相动子极，轴向上相邻的动子极之间沿圆周方向绕有励磁绕组(3)，每个A相动子极上绕有一个A相电枢线圈(5)，定子(4)呈圆筒形，其内壁带有一系列矩形圆环作为定子极；所述动子铁心(1)的圆周外侧固定有非导磁套(2)，动子铁心(1)可以在定子圆环内沿轴向移动。本申请的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行，而且作为发电机运行时可以通过调节励磁电流来实现输出电压的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，属于特种电机技术领域。
背景技术
圆筒直线电机它不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。因此近年来圆筒直线电机应用越来越广泛，特别是随着对精密数控机床、大功率直线电磁弹射等高性能直线伺服系统的迫切需求，圆筒直线电机直接驱动系统获得了越来越多的关注。
在已有的技术中，许多单位开展了永磁圆筒直线电机的研究，例如清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所开展了长行程永磁直线伺服电机的研究。西安交通大学研制出一种永磁直线电动机驱动的新型直线压缩机。哈尔滨工业大学研制了利用直线电机驱动的抽油机。
但是永磁电机也有三个不可忽视的缺点。首先永磁体最高耐受温度比较低，比较不耐冲击等等，因此在一些高温振动等环境下应用较少；其次永磁电机一般应用于中小型电机，在兆瓦级以上功率的应用场合较少；另外，永磁电机磁场不可调节，在高速运行时需要使用较为复杂的弱磁扩速的控制方法，从而降低了系统高速运行时的效率。因此，永磁电机固有的缺点限制了永磁直线电机在许多特殊场合的应用。
圆筒直线电机除了作为电动机运行外，也可以作为发电机运行。近年来，圆筒直线电机在潮汐发电等场合下取得了一定的进展。
磁阻电机其定、转子的凸极均由导磁材料制成，磁阻式圆筒直线电机可以将定子设计得既无绕组也无永磁体，动子上绕有集中绕组。虽然磁阻式直线电机有一定的推力波动，但在一些对振动和噪声要求较低的场合，磁阻式直线电机也具有较高的竞争力。
据申请人调研，目前密切相关的专利是申请号为201310601462.4的发明专利申请：“混合励磁圆筒形两相开关磁阻直线电机”，该申请公开了一种采用A相绕组和B相绕组两套绕组和双极性电流励磁方法，通过对A相绕组和B相绕组励磁电流大方向和大小进行控制，使动子铁心能够进行左右往复运动，并使电机输出电磁推力增大了20%。
本申请的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行，而且作为发电机运行时可以通过调节励磁电流来实现输出电压的控制。
发明内容
为了发明一种带励磁绕组(3)的三相磁阻式圆筒直线电机，实现该电机的电动和发电运行，本发明采用如下技术方案：
带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：
包括动子铁心(1)、非导磁套(2)、励磁绕组 (3)、定子(4)和电枢绕组；
所述动子铁心(1)呈长柱形且带有三列沿轴向分布的动子极，分别是A相动子极、B相动子极和C相动子极，A相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，B相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，C相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，A相动子极、B相动子极和C相动子极在圆周方向上均布；B相动子极在轴向上拖后A相动子极三分之一个极距，C相动子极在轴向上拖后B相动子极三分之一个极距；
轴向上相邻的动子极之间沿圆周方向绕有励磁绕组(3)，相邻的励磁绕组(3)绕向相反；每个A相动子极上绕有一个A相电枢线圈(5)，所有的A相电枢线圈(5)串联或并联组成A相电枢绕组；每个B相动子极上绕有一个B相电枢线圈(6)，所有的B相电枢线圈(6)串联或并联组成B相电枢绕组；每个C相动子极上绕有一个C相电枢线圈(7)，所有的C相电枢线圈(7)串联或并联组成C相电枢绕组；同一相相邻的两个电枢线圈绕向相反。
定子(4)呈圆筒形，其内壁带有一系列圆环作为定子极，各个圆环在轴向上均布且相隔一个极距；
所述动子铁心(1)的圆周外侧固定有有非导磁套(2)，非导磁套(2)外径小于定子圆环的内径，非导磁套(2)的圆柱度高，因此动子铁心(1)可以在定子圆环内沿轴向移动。
如上所述的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：给励磁绕组(3)通以正向电流，当励磁绕组(3)与一相电枢绕组的互感增大时，如果给该相电枢绕组通以正向电流，则动子铁心(1)会产生正的推力；如果给该相电枢绕组通以负向电流，则动子铁心(1)会产生负的推力；调整励磁电流和电枢电流的大小可以改变动子铁心(1)推力的大小。
如上所述的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：给励磁绕组(3)通以正向电流，当有外力推动动子铁心(1)移动时，三相电枢绕组可以感应出三相电流；通过控制励磁电流的大小，可以控制三相电枢绕组得输出电压。
本发明的有益效果如下：
⑴既可以作为发电机运行，又可以作为电动机运行，而且作为发电机运行时可以通过调节励磁电流来实现输出电压的控制；
⑵三相电枢绕组在圆周方向上均布，因此消除了传统直线电机因为端部效应引起的各相不对称问题；
⑶没有永磁体，可以在高温振动环境下工作。
附图说明
图1是本发明带励磁绕组(3)的三相磁阻式圆筒直线电机沿图2 D-O-D方向旋转剖视图。其中：1、动子铁心，2、非导磁套，3、励磁绕组(3)，4、定子，5、A相电枢线圈，6、B相电枢线圈。
图2是本发明带励磁绕组(3)的三相磁阻式圆筒直线电机沿图1 G-G方向的横剖视图。其中：5、A相电枢线圈，6、B相电枢线圈，7、C相电枢线圈。
图3为本发明带励磁绕组(3)的三相磁阻式圆筒直线电机沿图2 D-O-E方向旋转剖视图。其中：1、动子铁心，2、非导磁套，3、励磁绕组(3)，4、定子，5、A相电枢线圈，6、B相电枢线圈。
图4为带励磁绕组(3)的三相磁阻式圆筒直线电机绕组与逆变器连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。
图1所示的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：
包括动子铁心(1)、非导磁套(2)、励磁绕组(3)、定子(4)和电枢绕组；
所述动子铁心(1)呈长柱形且带有三列沿轴向分布的动子极，分别是A相动子极、B相动子极和C相动子极，A相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，B相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，C相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，A相动子极、B相动子极和C相动子极在圆周方向上均布； 轴向上相邻的动子极之间沿圆周方向绕有励磁绕组(3)，相邻的励磁绕组(3)绕向相反；每个A相动子极上绕有一个A相电枢线圈(5)，所有的A相电枢线圈(5)串联或并联组成A相电枢绕组，每个B相动子极上绕有一个B相电枢线圈(6)，所有的B相电枢线圈(6)串联或并联组成B相电枢绕组，每个C相动子极上绕有一个C相电枢线圈(7)，所有的C相电枢线圈(7)串联或并联组成C相电枢绕组；同一相相邻的两个电枢线圈绕向相反；
定子(3)呈圆筒形，其内壁带有一系列圆环作为定子极，各个圆环在轴向上均布且相隔一个极距；
所述动子铁心(1)的圆周外侧固定有非导磁套(2)，非导磁套(2)外径小于定子圆环的内径，因此动子铁心(1)可以在定子圆环内沿轴向移动。
图2是本发明带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机沿图1 G-G方向的横剖视图。A相定子极、B相定子极和C相定子极在圆周方向上均布。每个A相动子极上绕有一个A相电枢线圈(5)。
图3为本发明带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机沿图2 D-O-E方向旋转剖视图。
B相动子极在轴向上拖后A相动子极三分之一个极距，C相动子极在轴向上拖后B相动子极三分之一个极距；
图4为带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机绕组与逆变器连接图。
给励磁绕组(3)通以正向电流，当励磁绕组(3)与一相电枢绕组的互感增大时，如果给该相电枢绕组通以正向电流，则动子铁心(1)会产生正的推力；如果给该相电枢绕组通以负向电流，则动子铁心(1)会产生负的推力；调整励磁电流和电枢电流的大小可以改变动子铁心(1)推力的大小。
给带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机的三相电枢绕组接三相整流桥，并给励磁绕组(3)通以正向电流，当有外力推动动子铁心(1)移动时，三相电枢绕组可以感应出三相电流；通过控制励磁电流的大小，可以控制三相电枢绕组得输出电压。
下面对本发明提出的三相磁阻式圆筒直线电机进行工作原理的说明。
本发明三相磁阻式圆筒直线电机的发电工作原理是：给励磁绕组(3)通电后，轴向上相邻的两个动子极分别产生N极和S极磁场；当定子极与其中一个动子极完全重叠时，该极电枢绕组的磁阻最小、磁链最大；当定子极与其中一个动子极完全脱离时，该极电枢绕组的磁阻最大、磁链最小；动子被驱动移动时，电枢绕组的磁通量不断变化，便会产生感应电动势。通过调节励磁电流的大小，便可以改变输出电压。
本发明的三相磁阻式圆筒直线电机电动工作原理是：通过位置传感器检测直线电机动子位置，将位置信号输送给控制器后，控制器控制功率变换器的相应开关管，给电感上升的绕组通以正向电流，给电感下降的绕组通以负向电流，所述圆筒直线电机的动子便可以移动并输出正的推力；如果给电感上升的绕组通以负向电流，给电感下降的绕组通以正向电流，则动子输出负的推力。
三相电枢绕组在圆周方向上均布，因此消除了传统直线电机因为端部效应引起的各相不对称问题。
本申请的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机首先可以作为电励磁作动器使用，其次还可以作为发电机使用，例如作为潮汐发电机或汽车振动能量回收发电机等使用。
需要指出的是，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：
包括动子铁心(1)、非导磁套(2)、励磁绕组(3)、定子(4)和电枢绕组；
所述动子铁心(1)呈长柱形且带有三列沿轴向分布的动子极，分别是A相动子极、B相动子极和C相动子极，A相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，B相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，C相动子极在轴向上均布且各个极之间相隔一个极距，A相动子极、B相动子极和C相动子极在圆周方向上均布；B相动子极在轴向上拖后A相动子极三分之一个极距，C相动子极在轴向上拖后B相动子极三分之一个极距；
轴向上相邻的动子极之间沿圆周方向绕有励磁绕组(3)，相邻的励磁绕组(3)绕向相反；
每个A相动子极上绕有一个A相电枢线圈(5)，所有的A相电枢线圈(5)串联或并联组成A相电枢绕组；每个B相动子极上绕有一个B相电枢线圈(6)，所有的B相电枢线圈(6)串联或并联组成B相电枢绕组；每个C相动子极上绕有一个C相电枢线圈(7)，所有的C相电枢线圈(7)串联或并联组成C相电枢绕组；同一相相邻的两个电枢线圈绕向相反；
定子(4)呈圆筒形，其内壁带有一系列圆环作为定子极，各个圆环在轴向上均布且相隔一个极距；所述动子铁心(1)的圆周外侧固定有非导磁套(2)，非导磁套(2)外径小于定子圆环的内径，因此动子铁心(1)可以在定子圆环内沿轴向移动。
2.如权利要求1所述的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：给励磁绕组(3)通以正向电流，当励磁绕组(3)与一相电枢绕组的互感增大时，如果给该相电枢绕组通以正向电流，则动子铁心(1)会产生正的推力；如果给该相电枢绕组通以负向电流，则动子铁心(1)会产生负的推力；调整励磁电流和电枢电流的大小可以改变动子铁心(1)推力的大小。
3.如权利要求1所述的带励磁绕组的三相磁阻式圆筒直线电机，其特征在于：给励磁绕组(3)通以正向电流，当有外力推动动子铁心(1)移动时，三相电枢绕组可以感应出三相电流；通过控制励磁电流的大小，可以控制三相电枢绕组得输出电压。
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