CN106849603A - 一种基于功率分段的长行程直线电机 - Google Patents

一种基于功率分段的长行程直线电机 Download PDF

Info

Publication number
CN106849603A
CN106849603A CN201710233790.1A CN201710233790A CN106849603A CN 106849603 A CN106849603 A CN 106849603A CN 201710233790 A CN201710233790 A CN 201710233790A CN 106849603 A CN106849603 A CN 106849603A
Authority
CN
China
Prior art keywords
primary
electric motors
linear electric
long stroke
primary stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710233790.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106849603B (zh
Inventor
李旺
李艳明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Machinery Equipment Research Institute
Original Assignee
Beijing Machinery Equipment Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Machinery Equipment Research Institute filed Critical Beijing Machinery Equipment Research Institute
Priority to CN201710233790.1A priority Critical patent/CN106849603B/zh
Publication of CN106849603A publication Critical patent/CN106849603A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106849603B publication Critical patent/CN106849603B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Abstract

本发明涉及一种基于功率分段的长行程直线电机，该长行程直线电机包括：初级定子、次级动子、机座、固定架；次级动子设置在成对使用的初级定子之间；初级定子与机座通过螺栓固定，次级动子与固定架刚性固定连接；机座上设有2条滑轨，固定架通过滑轮沿所述滑轨移动；初级定子共有n对，n≥4，并依次由前至后排列成直线；第i对初级定子对应的部分的输出功率P满足P＝Pi＝F·vi。本发明采用功率分段技术，根据应用场合的驱动需求，合理设计长程直线电机每一分段的额定功率，在满足应用要求的条件下，大幅降低长程直线电机的体积重量与制造成本。

Description

一种基于功率分段的长行程直线电机
技术领域
本发明涉及直线电机技术领域，尤其涉及一种基于功率分段的长行程直线电机。
背景技术
长程直线电机用于航天飞机、空天飞机、单级入轨重复使用运载器等空间运载器的发射，具有发射成本低、发射过程可控性和安全性高、通用性强的特点。为节省运载器推进部分的质量，降低成本，需尽量提高发射出口速度。考虑到运载器上设备的抗过载能力和瞬时大功率变频器的功率限制，平均加速度不能过高，这就导致发射系统的加速距离很长，通常达到数千米以上。因此，运载器发射系统需要使用超长行程直线电机提供驱动动力。
长程直线电机由若干个分段首尾衔接构成，目前直线电机的设计中，每个分段电机的功率大小相等。当直线电机以固定加速度发射运载器时，整个发射过程中直线电机的推力F保持不变。发射起始阶段，电机速度较低，由电机的输出功率P＝Fv(v为电机的速度)可知，此时直线电机的输出功率较低；随着载荷速度的不断提高，直线电机的输出功率也随之增大。按照目前直线的设计方式，每个分段电机的功率均相等，则需按照发射全程最大输出功率进行设计，这将使得发射全程多数分段电机均在远低于额定功率的工况下工作，造成有效功率的大量富余，额外增加了体积重量和建造成本。因此，迫切需要一种能够充分使用有效功率的新型长程直线电机。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于功率分段的长行程直线电机，用以解决现有直线电机不能有效利用电机功率的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于功率分段的长行程直线电机，该长行程直线电机包括：初级定子、次级动子、机座、固定架；
次级动子设置在成对使用的初级定子之间；
初级定子与机座通过螺栓固定，次级动子与固定架刚性固定连接；
机座上设有两条滑轨，固定架通过滑轮沿滑轨移动。
初级定子共有n对，n≥4，并依次由前至后排列成直线；
初级定子均由同尺寸的硅钢片叠压而成，且排在前面的初级定子的厚度小于排在后面的初级定子的厚度。
当i≤n时，第i对初级定子包括：初级定子Ai、初级定子Bi；
初级定子Ai和初级定子Bi的形状和位置关于次级动子对称，尺寸相同且均大于次级动子。
初级定子Ai包括：初级铁芯Ai、初级绕组Ai；
初级定子Bi包括：初级铁芯Bi、初级绕组Bi；
初级铁芯Ai和初级铁芯Bi靠近次级动子的一侧均设有槽，槽的两边设有齿，且初级铁芯Ai和初级铁芯Bi除槽和齿以外的剩余部分均为轭。
初级铁芯Ai和初级铁芯Bi均设有至少1个极，每个极均设有3个相带，每个相带均包括至少1个槽；
初级绕组Ai由线圈连接而成，每个线圈有两个线圈边，初级绕组Ai的线圈边均嵌入初级铁芯Ai的槽中；
初级绕组Bi由线圈连接而成，每个线圈有两个线圈边，初级绕组Bi的线圈边均嵌入初级铁芯Bi的槽中。
同一个极内对应的相带的范围内的初级绕组Ai和初级绕组Bi的线圈串联，且同一个极内的3个相带形成3个相；
同一个极内的3个相对应的初级绕组Ai和初级绕组Bi分别与三相电源的3个相连接。
长行程直线电机的第i对初级定子对应的部分的输出功率P满足：
P＝Pi＝F·vi
其中，F为次级动子运动全程长行程直线电机的恒定推力，vi为次级动子在第i对初级定子的末端的速度。
2条滑轨分别设置在初级定子的外侧；滑轮设置在固定架的外侧。
一种该长行程直线电机的工作方法，其特征在于，该工作方法为：
安装长行程直线电机，将被发射设备与固定架连接并固定；
将三相对称电流的三相分别接入长行程直线电机的3个相，三相对称电流将产生合成磁场，通有电流的初级绕组字合成磁场的作用下产生电磁推力，驱动次级动子直线运动，完成被发射设备的发射。
本发明有益效果如下：
常规直线电机的每个分段输出功率设计值相等，在长程匀加速度驱动应用场合，由于加速初始阶段，载荷的速度较低，电机的输出功率很小，远没有达到额定输出功率，故而造成电机功率的极大浪费，整个驱动系统的体积质量偏大。本发明采用功率分段技术，根据应用场合的驱动需求，合理设计长程直线电机每一分段的额定功率，在满足应用要求的条件下，大幅降低长程直线电机的体积重量与制造成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为一种基于功率分段的长行程直线电机的初级定子和次级动子的示意图；
图2为一种基于功率分段的长行程直线电机的结构示意图；
图3为一种基于功率分段的长行程直线电机，第i对初级定子对应的一段的结构示意图；
图中：1-初级定子A1、2-初级定子B1、3-初级定子A2、4-初级定子B2、5-初级定子Ai、6-初级定子Bi、7-初级定子An、8-初级定子Bn、9-次级动子、10-机座、11-滑轮、12-固定架、13-滑轨、14-初级铁芯Ai、15-初级绕组Ai、16-初级绕组Bi、17-初级铁芯Bi、18-齿、19-槽。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
一种基于功率分段的长行程直线电机，该长行程直线电机包括：初级定子、次级动子9、机座10、固定架12；
次级动子9设置在成对使用的初级定子之间；
初级定子与机座10通过螺栓固定，次级动子9与固定架12刚性固定连接；
机座10上设有两条滑轨13，固定架12通过滑轮11沿滑轨13移动。
初级定子共有n对，n≥4，并依次以由前至后排列成直线；
初级定子均由同尺寸的硅钢片叠压而成，且排在前面的初级定子的厚度小于排在后面的初级定子的厚度。
当i≤n时，第i对初级定子包括：初级定子Ai 5、初级定子Bi 6；
初级定子Ai 5和初级定子Bi 6的形状和位置关于次级动子9对称，尺寸相同且均大于次级动子9。
即初级定子的尺寸关系如下：
初级定子A1 1＝初级定子B1 2＜初级定子A2 3＝初级定子B2 4＜初级定子Ai 5＝初级定子Bi 6＜初级定子An 7＝初级定子Bn 8。
初级定子Ai 5包括：初级铁芯Ai 14、初级绕组Ai 15；
初级定子Bi 6包括：初级铁芯Bi 17、初级绕组Bi 16；
初级定子Ai 5和初级定子Bi 6固定不动，初级定子Ai 5和初级定子Bi 6均与机座10螺栓连接；
初级铁芯Ai 14和初级铁芯Bi 17靠近次级动子9的一侧均设有槽19，槽19的两边设有齿18，且初级铁芯Ai 14和初级铁芯Bi 17除槽19和齿18以外的剩余部分均为轭。
初级铁芯Ai 14和初级铁芯Bi 17均设有至少1个极，每个极均设有3个相带，每个相带均包括至少1个槽19；
初级绕组Ai 15由线圈连接而成，每个线圈有两个线圈边，初级绕组Ai 15的线圈边均嵌入初级铁芯Ai 14的槽19中；
初级绕组Bi 16由线圈连接而成，每个线圈有两个线圈边，初级绕组Bi 16的线圈边均嵌入初级铁芯Bi 17的槽19中。
同一个极内对应的相带的范围内的初级绕组Ai 15和初级绕组Bi 16的线圈串联，且同一个极内的3个相带形成3个相；
同一个极内的3个相对应的初级绕组Ai 15和初级绕组Bi 16分别与三相电源的3个相连接。
初级定子Ai 5和初级定子Bi 6的各段有若干个极，每个极又分为三个区段，每个区段称为一个相带，每两个相邻极构成一个极对，每一对极共有六个相带，依次命名为A、Z、B、X、C、Y，每个相带内包括一个或者几个槽19。将各对极下属于A和X相带的线圈依次串联构成A相，属于B和Y相带的线圈依次串联构成B相，属于Z和C相带的线圈依次串联构成C相。电机供电时，初级定子Ai 5和初级定子Bi 6的三相绕组A、B、C接入对称的三相电源上。
长行程直线电机的第i对初级定子对应的部分的输出功率P满足：
P＝Pi＝F·vi
其中，F为次级动子9运动全程长行程直线电机的恒定推力，vi为次级动子9在第i对初级定子的末端的速度。
2条滑轨13分别设置在初级定子的外侧；滑轮11设置在固定架12的外侧。
一种该长行程直线电机的工作方法，其特征在于，该工作方法为：
安装长行程直线电机，将被发射设备与固定架12连接并固定；
将三相对称电流的三相分别接入长行程直线电机的3个相，三相对称电流将产生合成磁场，并与永磁体磁场共同作用产生合成磁场，通有电流的初级绕组字合成磁场的作用下产生电磁推力，驱动次级动子9直线运动，完成被发射设备的发射。
三相对称电流的三相中，频率、幅值均相等，相位相差120°电角度。
上述工作原理以三相永磁同步直线电机为例进行说明，但对其他类型的直线电机同样适用；同样，本发明并不局限于三相电机，采用本发明形式的其它相数电机同样在保护范围内
综上所述，本发明实施例提供了一种基于功率分段的长行程直线电机，本发明采用功率分段技术，根据应用场合的驱动需求，合理设计长程直线电机每一分段的额定功率，在满足应用要求的条件下，大幅降低长程直线电机的体积重量与制造成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于功率分段的长行程直线电机，其特征在于，该长行程直线电机包括：初级定子、次级动子(9)、机座(10)、固定架(12)；
所述次级动子(9)设置在成对使用的所述初级定子之间；
所述初级定子与所述机座(10)通过螺栓固定，所述次级动子(9)与所述固定架(12)刚性固定连接；
所述机座(10)上设有2条滑轨(13)，所述固定架(12)通过滑轮(11)沿所述滑轨(13)移动；
所述初级定子共有n对，n≥4，并依次由前至后排列成直线；
所述初级定子均由同尺寸的硅钢片叠压而成，且排在前面的所述初级定子的厚度小于排在后面的所述初级定子的厚度。
2.根据权利要求1所述的长行程直线电机，其特征在于，当i≤n时，第i对所述初级定子包括：初级定子Ai(5)、初级定子Bi(6)；
所述初级定子Ai(5)和初级定子Bi(6)的形状和位置关于所述次级动子(9)对称，尺寸相同且均大于所述次级动子(9)。
3.根据权利要求2所述的长行程直线电机，其特征在于，所述初级定子Ai(5)包括：初级铁芯Ai(14)、初级绕组Ai(15)；
所述初级定子Bi(6)包括：初级铁芯Bi(17)、初级绕组Bi(16)；
所述初级铁芯Ai(14)和初级铁芯Bi(17)靠近所述次级动子(9)的一侧均设有槽(19)，所述槽(19)的两边设有齿(18)，且所述初级铁芯Ai(14)和初级铁芯Bi(17)除槽(19)和齿(18)以外的剩余部分均为轭。
4.根据权利要求3所述的长行程直线电机，其特征在于，所述初级铁芯Ai(14)和初级铁芯Bi(17)均设有至少1个极，每个所述极均设有3个相带，每个所述相带均包括至少1个所述槽(19)；
所述初级绕组Ai(15)由线圈连接而成，每个线圈有两个线圈边，所述初级绕组Ai(15)的线圈边均嵌入所述初级铁芯Ai(14)的槽(19)中；
所述初级绕组Bi(16)由线圈连接而成，每个线圈有两个线圈边，所述初级绕组Bi(16)的线圈边均嵌入所述初级铁芯Bi(17)的槽(19)中。
5.根据权利要求4所述的长行程直线电机，其特征在于，同一个极内对应的相带的范围内的所述初级绕组Ai(15)和初级绕组Bi(16)的线圈串联，且同一个极内的3个相带形成3个相；
所述同一个极内的3个相对应的所述初级绕组Ai(15)和初级绕组Bi(16)分别与三相电源的3个相连接。
6.根据权利要求1所述的长行程直线电机，其特征在于，所述长行程直线电机的第i对初级定子对应的部分的输出功率P满足：
P＝Pi＝F·vi
其中，F为所述次级动子(9)运动全程所述长行程直线电机的恒定推力，vi为所述次级动子(9)在第i对所述初级定子的末端的速度。
7.根据权利要求1所述的长行程直线电机，其特征在于，所述2条滑轨(13)分别设置在所述初级定子的外侧；所述滑轮(11)设置在所述固定架(12)的外侧。
8.一种根据权利要求1至7任一所述的长行程直线电机的工作方法，其特征在于，该工作方法为：
安装长行程直线电机，将被发射设备与固定架(12)连接并固定；
将三相对称电流的三相分别接入长行程直线电机的3个相，三相对称电流将产生合成磁场，通有电流的初级绕组字合成磁场的作用下产生电磁推力，驱动次级动子(9)直线运动，完成被发射设备的发射。
CN201710233790.1A 2017-04-11 2017-04-11 一种基于功率分段的长行程直线电机 Active CN106849603B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710233790.1A CN106849603B (zh) 2017-04-11 2017-04-11 一种基于功率分段的长行程直线电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710233790.1A CN106849603B (zh) 2017-04-11 2017-04-11 一种基于功率分段的长行程直线电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106849603A true CN106849603A (zh) 2017-06-13
CN106849603B CN106849603B (zh) 2019-10-11

Family

ID=59146729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710233790.1A Active CN106849603B (zh) 2017-04-11 2017-04-11 一种基于功率分段的长行程直线电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106849603B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107342671A (zh) * 2017-07-12 2017-11-10 北京特种机械研究所 适用于无人机电磁弹射的电机次级机构
CN108988687A (zh) * 2018-09-13 2018-12-11 深圳三火科技有限公司 一种曲线电动机
CN110504893A (zh) * 2018-05-16 2019-11-26 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法
CN110518777A (zh) * 2019-09-25 2019-11-29 中车株洲电机有限公司 一种双边动初级式直线电机及其气隙稳定控制机构
WO2022047888A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 直线电机
WO2022047886A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 直线电机
WO2022047892A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 直线电机

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5090516A (en) * 1991-03-15 1992-02-25 Otis Elevator Company Elevator linear motor bus bar
CN2324697Y (zh) * 1998-03-09 1999-06-16 朱德明 动圈式电磁推动器
EP1780878A1 (en) * 2005-10-25 2007-05-02 Protronic N.V. Compact linear and rotary actuator
CN101159407A (zh) * 2007-11-19 2008-04-09 哈尔滨工业大学 一种长行程圆筒形直线电机
CN202586708U (zh) * 2012-03-15 2012-12-05 浙江工业大学 一种升降装置
CN103208903A (zh) * 2013-03-06 2013-07-17 北京工业大学 一种泵用直线电机
CN205497478U (zh) * 2016-02-26 2016-08-24 东莞市速美达自动化有限公司 多关节直线滑块运动机器人
CN105932854A (zh) * 2016-04-28 2016-09-07 中国科学院电工研究所 一种直线发电机初级

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5090516A (en) * 1991-03-15 1992-02-25 Otis Elevator Company Elevator linear motor bus bar
CN2324697Y (zh) * 1998-03-09 1999-06-16 朱德明 动圈式电磁推动器
EP1780878A1 (en) * 2005-10-25 2007-05-02 Protronic N.V. Compact linear and rotary actuator
CN101159407A (zh) * 2007-11-19 2008-04-09 哈尔滨工业大学 一种长行程圆筒形直线电机
CN202586708U (zh) * 2012-03-15 2012-12-05 浙江工业大学 一种升降装置
CN103208903A (zh) * 2013-03-06 2013-07-17 北京工业大学 一种泵用直线电机
CN205497478U (zh) * 2016-02-26 2016-08-24 东莞市速美达自动化有限公司 多关节直线滑块运动机器人
CN105932854A (zh) * 2016-04-28 2016-09-07 中国科学院电工研究所 一种直线发电机初级

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107342671A (zh) * 2017-07-12 2017-11-10 北京特种机械研究所 适用于无人机电磁弹射的电机次级机构
CN110504893A (zh) * 2018-05-16 2019-11-26 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 用于长初级直线电机的分段供电控制系统和方法
CN108988687A (zh) * 2018-09-13 2018-12-11 深圳三火科技有限公司 一种曲线电动机
CN110518777A (zh) * 2019-09-25 2019-11-29 中车株洲电机有限公司 一种双边动初级式直线电机及其气隙稳定控制机构
CN110518777B (zh) * 2019-09-25 2021-10-29 中车株洲电机有限公司 一种双边动初级式直线电机及其气隙稳定控制机构
WO2022047888A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 直线电机
WO2022047886A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 直线电机
WO2022047892A1 (zh) * 2020-09-01 2022-03-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 直线电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN106849603B (zh) 2019-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106849603B (zh) 一种基于功率分段的长行程直线电机
Zhang et al. High-specific-power electric machines for electrified transportation applications-technology options
US9543064B2 (en) Electric machine having a low-mass design in magnetically active parts
Lewis The advanced induction motor
Libert et al. Manufacturing methods of stator cores with concentrated windings
CN111900848B (zh) 三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN111969822B (zh) 混合励磁多相磁阻电机及发电系统
Halwas et al. Influences of design and manufacturing on the performance of electric traction drives
CN105515313A (zh) 一种磁链并联双转子复合电机
CN105515314A (zh) 一种混合励磁磁链并联双转子复合电机
Mueller et al. Electrical generators for direct drive systems: a technology overview
Anitha et al. Design and analysis of axial flux permanent magnet machine for wind power applications
CN106253530A (zh) 一种跨两齿集中绕组游标永磁电机
CN103501100A (zh) 一体式补偿脉冲发电机组
CN105915018B (zh) 一种双电枢圆筒型永磁同步直线电机的复合相带绕组结构
CN102931804A (zh) 双侧定子无轭部离散导磁块型直线开关磁阻电动机
Sezenoğlu et al. Design of axial flux permanent magnet generator for generator driven electromagnetic launcher
CN113098227B (zh) 圆筒型动子结构优化方法及横向磁通直线开关磁阻电机
CN202111543U (zh) 三相无刷交流发电机凸极式转子铁芯
CN210327348U (zh) 一种电机和包括该电机的自动化/半自动化或发电设备
Dobzhanskyi et al. Performance of a 3-phase permanent magnet transverse flux wind power generator with internal stator
Drancă et al. Design and optimization of an axial-flux permanent magnet synchronous machine for railway traction application
Hasanpour et al. Optimization and Comparison of Permanent Magnet Synchronous Motors with Mechanically and Magnetically Coupled Magnetic Gears at Different Gear Ratios for Helicopter Applications
CN204497948U (zh) 基于环形绕组和斥力磁场的直线电机
Wei et al. Presentation of a Double-Stator Axial-Flux Permanent-Magnet Disk Motor With Soft Magnetic Composite Cores and Its Cogging Torque Reduction

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant