CN106972730A - 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机 - Google Patents

一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机 Download PDF

Info

Publication number
CN106972730A
CN106972730A CN201710406835.0A CN201710406835A CN106972730A CN 106972730 A CN106972730 A CN 106972730A CN 201710406835 A CN201710406835 A CN 201710406835A CN 106972730 A CN106972730 A CN 106972730A
Authority
CN
China
Prior art keywords
permanent
magnet
primary
permanent magnet
switching motor
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.)
Pending
Application number
CN201710406835.0A
Other languages
English (en)
Inventor
郝雯娟
王宇
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.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201710406835.0A priority Critical patent/CN106972730A/zh
Publication of CN106972730A publication Critical patent/CN106972730A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion 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
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机,所述电机是由初级和次级组成,两者之间有气隙;所述初级和次级都是凸极结构;所述次级的长度大于初级的长度;所述次级由凸极铁芯组成;所述初级包括n个U型铁芯、2n个永磁体、n个导磁齿以及n个电枢线圈组成,2n个永磁体尺寸相同,其中,所有奇数排列的永磁体之间和所有偶数排列的永磁体之间的充磁方向相同,所有奇数排列和偶数排列的永磁体之间充磁方向相反;相邻两个U型铁芯之间均设置两个永磁体和一个导磁齿,导磁齿设置于两个永磁体的中间,n为整数。同时在要求高推力(功率)密度的短距离直线弹射应用场合,本发明也可用来提高系统的功率密度和带负载能力。具有广泛的应用前景。

Description

一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机
技术领域
本发明属于直线电机制造领域,具体涉及一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机。
背景技术
随着工业应用的发展,直线电机应用越来越广泛。在直线驱动场合,相比于旋转电机,直线电机直接将电能变成直线运动的机械能而不需要中间转换环节,结构简单且动态响应快,效率高且施工成本低。
在直线电机的选择上,最早采用的是直线感应电机,但其效率和功率因数相对较低。与直线感应电机比起来,永磁直线电机在效率、力能指标、功率因数等方面具有显著的优势,传统直线永磁同步电机的绕组和永磁体分别放置在电机的初级和次级。在长次级应用场合中,比如高层楼宇电梯、城市轨道交通等,无论是将永磁体或绕组作为次级,都将造成工程造价高,维护不便等缺点。直线永磁型开关磁链电机作为初级永磁式电机,吸引了国内外学者的关注。这类电机的永磁体和绕组在动子即初级,次级仅为导磁材料制成的凸极铁心,这样在长次级应用场合既省铜又省永磁体,具有结构简单、功率密度高、易于生产和维护的优点。
提高直线开关磁链电机的推力(功率)密度一直是本领域研究的热点,尤其是在城市轨道交通、工厂运输、高层楼宇电梯等场合。文献《Optimization and Comparison ofNovel E-Core and C-Core Linear Switched Flux PM Machines》(IEEE TRANSACTIONSON MAGNETICS,VOL.47,NO.8,W.Min,J.T.Chen,Z.Q.Zhu,Y.Zhu,M.Zhang,G.H.Duan)通过采用非交叠集中式绕组得到C型铁芯6/10、6/11、6/13、6/14极直线开关磁链电机,并对这些电机各部分尺寸配合进行优化来提高直线开关磁链电机的推力密度。但上述这些结构以及传统的直线永磁型开关磁链电机都属于每相单永磁体单线圈励磁,对于每相永磁体两边的初级轭部,在永磁磁链分别达到正负峰值的时候,绝大部分磁链只经过其中一边初级轭部,而此时另外一边初级轭部对磁链的贡献很小,没有得到充分利用。这使得对于上述结构的电机,不管是增加永磁体宽度或采用高剩磁的永磁材料,还是增加导磁齿的宽度或者优化设计电机各部分尺寸配合,推力(功率)密度提高的空间都非常有限。
如何使直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链分别达到正负峰值的时候,两边初级轭部对永磁磁链的贡献相同,两边初级轭部都得到充分利用,提高永磁磁链的峰值,从而进一步提高电机推力密度是本领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机,解决了现有技术中电机推力密度很难进一步提高的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机,所述电机是由初级和次级组成,两者之间有气隙;所述初级和次级都是凸极结构;所述次级的长度大于初级的长度;所述次级由凸极铁芯组成;所述初级包括n个U型铁芯、2n个永磁体、n个导磁齿以及n个电枢线圈组成,2n个永磁体尺寸相同,其中,所有奇数排列的永磁体之间和所有偶数排列的永磁体之间的充磁方向相同,所有奇数排列和偶数排列的永磁体之间充磁方向相反;相邻两个U型铁芯之间均设置两个永磁体和一个导磁齿,导磁齿设置于两个永磁体的中间,n为整数。
次级极距与初级极距的比例为6/14。
所述永磁体为电励磁绕组。
所述U型铁芯更换为E型铁芯。
所述次级为圆筒型结构。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明提出一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机。所述电机的主要特点是每个初级齿采用充磁方向相反的两个永磁体分布励磁,相比于传统的直线永磁型开关磁链电机,该结构使电机在永磁磁链达到峰值的时候,两边初级轭部都得到充分利用,提高永磁磁链的峰值,从而进一步提高电机推力(功率)密度;由于次级只由导磁铁芯构成,次级结构简单,使得本发明特别适用于低成本、高推力密度的长次级应用场合如轨道交通、高层楼宇电梯等。同时在要求高推力(功率)密度的短距离直线弹射应用场合,本发明也可用来提高系统的功率密度和带负载能力。具有广泛的应用前景。
2、该分布励磁直线永磁型开关磁链电机的分布励磁方式,适用于多种结构直线开关磁链电机,任意励磁方式(电励磁或者永磁),任意次级极数和初级极数,可为电动机或发电机。
3、分布励磁直线永磁型开关磁链电机的初级为固定部件,次级为运动部件,其结构可为圆筒型结构,可为电动机或发电机。
4、将永磁体更换为电励磁绕组,可为分布励磁直线电励磁型开关磁链电机,可为电动机或发电机。
5、将U型铁芯更换成E型铁芯,可为电动机或发电机。
附图说明
图1是根据本发明6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机截面示意图。
图2是根据本发明6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链正峰值时的磁场分布图。
图3是根据本发明6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链负峰值时的磁场分布图。
图4是传统直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链正峰值时的磁场分布图。
图5是传统直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链负峰值时的磁场分布图。
图6是根据本发明6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机和相同体积相同永磁体用量相同绕组匝数的6/14极直线开关磁链电机在不同电流下电磁推力大小的比较图;
其中,曲线1为本发明6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机在不同电流下电磁推力曲线,曲线2为6/14极传统直线开关磁链电机在不同电流下电磁推力曲线。
附图标记说明:1-初级,2-次级,3-正向充磁永磁体,4-反向充磁永磁体,5-电枢绕组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机,所述电机是由初级和次级组成,两者之间有气隙;所述初级和次级都是凸极结构;所述次级的长度大于初级的长度;所述次级由凸极铁芯组成;所述初级包括n个U型铁芯、2n个永磁体、n个导磁齿以及n个电枢线圈组成,2n个永磁体尺寸相同,其中,所有奇数排列的永磁体之间和所有偶数排列的永磁体之间的充磁方向相同,所有奇数排列和偶数排列的永磁体之间充磁方向相反;相邻两个U型铁芯之间均设置两个永磁体和一个导磁齿,导磁齿设置于两个永磁体的中间,n为整数。
具体实施例,
以一台6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机为例进行详细说明。
一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机,是由初级和次级组成,两者之间有气隙;所述初级和次级都是凸极结构;所述次级的长度大于初级的长度;所述次级由凸极铁芯组成;所述初级包括n个U型铁芯、2n个永磁体、n个导磁齿以及n个电枢线圈组成,n为整数;所述n个U形铁芯尺寸相同依次命名为U1、U2......Un;所述n个导磁齿尺寸相同依次命名为D1、D2......Dn;所述2n个永磁体尺寸相同依次命名为PM1、PM2......PM2n,所述永磁体PM1,PM3......PM(2n-1)的充磁方向相同,所述永磁体PM2,PM4......PM2n的充磁方向相同,所述永磁体PM1和PM2充磁方向相反;所述U型铁芯U1和U2之间依次放置永磁体PM1、导磁齿D1和永磁体PM2;所述U型铁芯U2和U3之间依次放置永磁体PM3、导磁齿D2和永磁体PM4,以此类推,所述U型铁芯U(n-1)和Un之间依次放置永磁体PM(2n-1)、导磁齿Dn和永磁体PM2n;所述次级极距为τs,所述初级极距为τm,τs/τm=6/14。
本发明的电机具体的工作原理如下:所述次级为固定部件,初级为运动部件;所述初级沿水平方向运动,当位移一个次级极距τs时,所述电枢线圈中的永磁磁链极性变化一次;所述导磁齿Dn左右两边放置充磁方向相反的永磁体PM(2n-1)和PM2n,所述永磁体PM(2n-1)和PM2n通过所述U型铁芯U(n-1)和Un、导磁齿Dn以及次级凸极铁芯齿来聚集磁力线,当所述导磁齿Dn中心位置和所述次级任意凸极铁芯齿中心位置沿水平方向一致时,则所述永磁磁链幅值达到负峰值;当所述永磁磁链幅值达到负峰值后,所述初级沿水平方向继续运动二分之一个次级极距,所述永磁磁链幅值达到正峰值;根据电磁感应原理所述电枢线圈里产生感应电动势;给所述电枢线圈里通入交流电流,所述交流电流与所述感应电动势具有相同的相位和频率,则所述初级和所述次级之间产生沿水平方向的连续电磁推力。
图1是根据本发明一实施例的6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机截面示意图。所述电机属于初级永磁型电机,绕组和永磁体都在初级上,初级包括6个U型铁芯、12个永磁体、6个导磁齿以及6个电枢线圈,每两个U型齿中间依次夹一块正向充磁的永磁体、一块导磁齿、一块反向充磁的永磁体,电机有6个初级齿,每个齿采用集中式绕组,由该齿的两块永磁体分布励磁,属于同一相的两个线圈串联成该相绕组。次级为凸极结构,次级上既无永磁体也无绕组。
该结构使电机在永磁磁链达到峰值的时候,两边初级轭部都得到充分利用,提高永磁磁链的峰值,从而进一步提高电机推力(功率)密度。
图2、图3分别是根据本发明一实施例的6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链正峰值时的磁场分布图和在永磁磁链负峰值时的磁场分布图。从图中可以看出,两个充磁方向相反的永磁体通过两边U型铁芯、导磁齿以及次级凸极铁芯齿来聚集磁力线,两边初级轭部通过相同数目的磁力线,与现有技术相比,所述初级轭部利用率提高,可以通过更多的磁力线,从而提高了永磁体磁链峰值并有助于提高电磁推力大小。
图4、图5分别是传统直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链正峰值时的磁场分布图和在永磁磁链负峰值时的磁场分布图。从图中可以看出,在永磁磁链达到峰值的时候,绝大部分磁力线只经过其中一边初级轭部,而此时另外一边初级轭部磁力线较少,没有得到充分利用,从而使得磁力线增加有限,进而限制电磁推力的进一步提高。
本发明所述6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机具有如下效果:
1、两个永磁体分布励磁,如图1。
图1是根据本发明一实施例的6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机截面示意图。每个初级齿采用充磁方向相反的两个永磁体分布励磁。
2、初级轭部利用率提高了,如图2、图3、图4和图5。
图2是根据本发明一实施例的6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链正峰值时的磁场分布图。
图3是根据本发明一实施例的6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链负峰值时的磁场分布图。
图4是传统直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链正峰值时的磁场分布图。
图5是传统直线永磁型开关磁链电机在永磁磁链负峰值时的磁场分布图。
比较两个电机在永磁磁链正负峰值时的磁场分布图,所述磁场分布图可以反映初级轭部的利用程度。
输出电磁推力密度平均值提高了,如图6。
图6是根据本发明一实施例的6/14极分布励磁直线永磁型开关磁链电机(曲线1)和相同体积相同永磁体用量相同绕组匝数的6/14极直线开关磁链电机(曲线2)在不同电流下电磁推力大小的比较图。比较两个电机在不同电流下电磁推力的大小,所述电磁推力大小可以反映出电磁推力密度的大小。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机,所述电机是由初级和次级组成,两者之间有气隙;所述初级和次级都是凸极结构;所述次级的长度大于初级的长度;所述次级由凸极铁芯组成;其特征在于:所述初级包括n个U型铁芯、2n个永磁体、n个导磁齿以及n个电枢线圈组成,2n个永磁体尺寸相同,其中,所有奇数排列的永磁体之间和所有偶数排列的永磁体之间的充磁方向相同,所有奇数排列和偶数排列的永磁体之间充磁方向相反;相邻两个U型铁芯之间均设置两个永磁体和一个导磁齿,导磁齿设置于两个永磁体的中间,n为整数。
2.根据权利要求1所述的分布励磁直线永磁型开关磁链电机,其特征在于:次级极距与初级极距的比例为6/14。
3.根据权利要求1所述的分布励磁直线永磁型开关磁链电机,其特征在于:所述永磁体为电励磁绕组。
4.根据权利要求1所述的分布励磁直线永磁型开关磁链电机,其特征在于:所述U型铁芯更换为E型铁芯。
5.根据权利要求1所述的分布励磁直线永磁型开关磁链电机,其特征在于:所述次级为圆筒型结构。
CN201710406835.0A 2017-06-02 2017-06-02 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机 Pending CN106972730A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710406835.0A CN106972730A (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710406835.0A CN106972730A (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106972730A true CN106972730A (zh) 2017-07-21

Family

ID=59326336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710406835.0A Pending CN106972730A (zh) 2017-06-02 2017-06-02 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106972730A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108471220A (zh) * 2018-03-15 2018-08-31 鲁东大学 一种圆筒直线电机
CN114172342A (zh) * 2021-12-10 2022-03-11 山东科技大学 一种模块化的初级永磁直线电机

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078466A (zh) * 2012-12-20 2013-05-01 东南大学 一种聚磁式磁通切换型永磁记忆电机
CN103296857A (zh) * 2013-06-24 2013-09-11 南京航空航天大学 双边错齿平板型磁通切换永磁直线电机
CN103595217A (zh) * 2013-11-15 2014-02-19 南京航空航天大学 次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机
CN203511644U (zh) * 2013-09-13 2014-04-02 浙江大学 一种采用永磁开关磁链直线电机的轨道交通推进系统
CN104167896A (zh) * 2014-08-07 2014-11-26 江苏大学 一种t型磁通切换永磁直线电机及其模组
CN104242501A (zh) * 2014-09-28 2014-12-24 河北工业大学 混合永磁体在磁通切换永磁电机中的应用方法
CN105958676A (zh) * 2016-04-27 2016-09-21 大连名阳实业有限公司 一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机
CN206790329U (zh) * 2017-06-02 2017-12-22 南京航空航天大学金城学院 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103078466A (zh) * 2012-12-20 2013-05-01 东南大学 一种聚磁式磁通切换型永磁记忆电机
CN103296857A (zh) * 2013-06-24 2013-09-11 南京航空航天大学 双边错齿平板型磁通切换永磁直线电机
CN203511644U (zh) * 2013-09-13 2014-04-02 浙江大学 一种采用永磁开关磁链直线电机的轨道交通推进系统
CN103595217A (zh) * 2013-11-15 2014-02-19 南京航空航天大学 次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机
CN104167896A (zh) * 2014-08-07 2014-11-26 江苏大学 一种t型磁通切换永磁直线电机及其模组
CN104242501A (zh) * 2014-09-28 2014-12-24 河北工业大学 混合永磁体在磁通切换永磁电机中的应用方法
CN105958676A (zh) * 2016-04-27 2016-09-21 大连名阳实业有限公司 一种具有漏磁自锁能力的磁通切换型永磁电机
CN206790329U (zh) * 2017-06-02 2017-12-22 南京航空航天大学金城学院 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108471220A (zh) * 2018-03-15 2018-08-31 鲁东大学 一种圆筒直线电机
CN114172342A (zh) * 2021-12-10 2022-03-11 山东科技大学 一种模块化的初级永磁直线电机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101304207B (zh) 一种线圈互感耦合的直线开关磁阻电机
CN101277053A (zh) 混合励磁型磁通切换电机
CN102035333A (zh) 采用分布式绕组的永磁开关磁阻电机
CN101783573A (zh) 多相长定子初级永磁直线电机
CN110932521B (zh) 一种初级永磁双边直线磁场调制电机及其低磁阻设计方法
CN104167896A (zh) 一种t型磁通切换永磁直线电机及其模组
CN201478982U (zh) 混合励磁型双凸极结构直线电机
CN206790329U (zh) 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机
CN107070165B (zh) 一种磁通反向型永磁直线电机及其应用
CN104967275A (zh) 一种双凸极式永磁直线电机及由其构成的电机模组
CN109560680A (zh) 一种磁通切换型混合励磁直线记忆电机
CN103595217A (zh) 次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机
CN108631542A (zh) 一种圆筒型单元化横向磁通直线开关磁阻电机
Luo et al. Development of a consequent pole transverse flux permanent magnet linear machine with passive secondary structure
Lu et al. Overview of permanent magnet linear machines with primary excitation
CN109039002A (zh) 一种永磁体内置式游标永磁直线电机
CN208489780U (zh) 一种双边永磁直线磁通切换电机
CN105429423B (zh) 抽油机用双边长次级初级永磁型场调制直线电机
CN106972730A (zh) 一种分布励磁直线永磁型开关磁链电机
CN101656459A (zh) 城市轨道列车用磁场可控型初级永磁结构直线电机
Cao et al. A hybrid excitation flux-switching permanent magnet linear motor for urban rail transit
CN105305771A (zh) 一种横向磁通互感耦合直线开关磁阻电机
CN103178672B (zh) 一种模块化转子的定子表面贴装式双凸极永磁电机
CN201667603U (zh) 绕组互补磁路对称结构的初级永磁型直线电机
CN201956874U (zh) 一种永磁直驱式直线电机

Legal Events

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