CN107465327B - 电励磁双凸极直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电励磁双凸极直线电机，包括初级和次级以及初级次级间的气隙，初级为动子，次级为定子，均采用凸极结构，初级齿上均绕有直流励磁绕组和三相电枢绕组，且初级极距τp和次级极距τs的比例为τs/τp=5/6，初级极距为初级齿齿距的2倍，次级齿齿距等于或者略大于初级齿齿距；由于每个初级齿上均绕有励磁线圈，因此每相磁通路径均相同，三相磁链及反电势波形较对称；第m相绕组和（m+3）相绕组存在互补特性，将m相反向串联后形成一相，该相的磁链和空载反电势对称性得到改善。电励磁双凸极直线电机工作时，可有效得减小输出推力脉动，结构新颖，性能可靠，控制简单，适合用于中小功率对于输出要求较高的发电或电动场合。

Description

电励磁双凸极直线电机

技术领域

本发明涉及电机本体设计领域，尤其涉及电励磁双凸极直线电机。

背景技术

随着工业的发展，对控制电机的控制系统提出更高的要求，传统的旋转电机驱动的直线运动装置已经远远不能满足控制系统的要求。在这种情况下，直线电机的研究和应用成为热点领域世界许多国家都在研究开发直线电机,使得直线电机应用越来越广泛。采用直线电机驱动的新型装置与非直线电机驱动相比,具有结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高、组合灵活等优点,极大地推动了制造业的快速发展。

目前直线电机广泛应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的工况中,尤其是高速磁悬浮列车应用。

在高速磁悬浮列车应用中,传统的直线感应电机为无刷结构，结构简单，无需维护，成本低，但调速性能较差,因此永磁同步直线电机因其高功率和高效率等优点，替代传动直线电机的使用。然而，永磁同步直线电机的永磁体和电枢绕组分别安装在直线电机的初级和次级上，因为永磁体对环境温度、机械程度等因素敏感，且永磁体励磁不容易控制的原因，在轨道交通等场合系统的成本高，维护困难。永磁体作为稀有材料，不仅价格昂贵，并且对环境温度、机械程度等因素很敏感，且采用永磁体励磁不容易控制。

电励磁双凸极直线电机具有结构简单，电枢绕组和励磁绕组均在初级，次级仅有导磁材料组成，可靠性高。但是，这种电机的电枢绕组的磁链为单极性，比如初次级齿数等同于（6/4）k旋转电机，其存在诸多缺点，如反电势不对称，谐波含量大，使得输出推力脉动大，导致电机在工业中的应用受到了很大的限制。

发明内容

本发明提供的电励磁双凸极直线电机，能够实现电励磁双凸极直线电机工作在整个周期，输出推力的脉动减小。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

电励磁双凸极直线电机，包括：初级(1)、三相电枢绕组(2)、直流励磁绕组(3)、次级(4)、初级齿(5)、次级齿(6), 初级(1)和次级(4)是凸极齿槽结构,次级(4)固定在平面上,初级(1)为动子，次级(4)为定子，初级(1)和次级(4)之间有气隙，初级齿(5)的齿隙空间内安装三相电枢绕组(2)和直流励磁绕组(3),使得三相电枢绕组(2)的每相磁通路径均相同，三相电枢绕组(2)的三相磁链和反电势对称，从而减少电励磁双凸极直线电机输出转矩的转矩脉动，三相电枢绕组（2）上的任一相绕组为第m相绕组,m=1,2,3…,所述第m相绕组和第m+3相绕组反向串联，并形成一相，初级（1）滑入滑出存在互补特性，反向串联后的三相电枢绕组（3）使得任一相的磁链和该相的三相反电势对称性得到改善。

进一步的，初级极距为初级齿（5）宽度的2倍，次级齿（6）的宽度不小于初级齿（5）的宽度。

进一步的，次级极距和所述初级极距的比例关系为5:6，初级相邻两导磁齿中心线距离为初级极距τp，次级相邻两导磁齿中心线距离为次级极距τs，τs/τp=5/6，电机绕组磁链为双极性，反电势波形为三相正弦波。

进一步的，所述三相电枢绕组（2）和直流励磁绕组（3）采用集中式绕组方式。

进一步的，初级（1）采用硅钢片冲压制成，次级（4）采用硅钢片冲压制成。

本发明的有益效果是: 通过在每个初级齿上均绕有励磁线圈，使得每相磁通路径均相同，三相磁链及反电势波形较对称,从而减小输出推力脉动,使得直线电机能适用于更多的工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明所述电励磁双凸极直线电机结构示意图；

图2为本发明所述电励磁双凸极直线电机直流励磁绕组和电枢绕组的绕制方式；

图3为本发明所述电励磁双凸极直线电机在电励磁下的磁路示意图；

图4为本发明所述电励磁双凸极直线电机三相空载磁链波形和U相、A相及D相的空载磁链波形；

图5为本发明所述电励磁双凸极直线电机三相空载反电势波形和U相、A相及D相的空载反电势波形。

其中：1-初级、2-电枢绕组、3-直流励磁绕组、4-次级、5-初级齿、6-次级齿。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例提供了电励磁双凸极直线电机，如图1所示，包括：

初级1、电枢绕组2、直流励磁绕组3、次级4、初级齿5、次级齿6，初级1和次级4均为凸极齿槽结构，采用导磁材料且二者之间具有气隙，初级1上设有导磁用的初级齿5，初级齿5上均采用集中式绕制方式绕有三相电枢绕组2和直流励磁绕组3。

本实例电机中，能达到预期效果的最小电机结构为单元电机，m为电机的相数，n为每个单元电机中一相绕组串联的集中绕组对数，k为电机单元数，其中，m=3，n=1，k=1。所以，初级齿5的齿数为Ns，Ns=2*m*n*k=6，初级齿5上绕制的三相电枢绕组2和直流励磁绕组3的个数也均为2*m*n*k=6，次级极距τs与初级极距τp之比为5/6，即τs/τp=5/6，相邻的直流励磁绕组3所产生的磁场方向相反，次级4由导磁材料制成。

图2（1）所示的是本发明的电励磁双凸极直线电机直流励磁绕组3的绕制方式。图2（2）所示的是本发明的电励磁双凸极直线电机电枢绕组2的绕制方式，A相和D相反向串联成U相。

图3所示的是本发明的电励磁双凸极直线电机电励磁下的磁路示意图，电励磁双凸极直线电机的磁通路径为：

初级轭部→初级齿5→气隙→次级齿6→次级轭部→次级齿6→气隙→初级齿5→初级轭部，形成一个回路。

其中，U相由A相和D相反向串联而成，A相铁芯正对次级齿，此时A相绕组磁链最大，而D相铁芯开始滑入次级铁芯，此时D相绕组磁链最小。

图4（1）所示的是电励磁双凸极直线电机三相空载磁链波形，图4（2）为U相、A相及D相空载磁链波形。相比于传统直线电机，电励磁双凸极直线电机的三相磁链为正弦波，以U相为例，相绕组的对称性得到改善，单极性的脉振磁链呈现双极性变化趋势，直线电机整个周期都工作。

图5（1）所示的是电励磁双凸极直线电机三相空载反电势波形，图5（2）所示的为U相、A相及D相的空载反电势波形。A、D两相绕组的空载反电势波形存在明显的畸变，由于A相和D 相的波形畸变趋势存在互补关系，因此反向串联后U相绕组的反电势波形的对称性得到了显著的改善。

本发明的有益效果是：

所述双凸极直线电机整个周期都工作，电枢绕组磁链具有双极性，三相磁链及反电势波形为正弦波，电机的推力密度大，波动小；

由于第m相绕组和（m+3）相绕组具有互补特性，将这两相反向串联成一相，使得组成的该相磁链和反电势波形的对称性得到改善。可大大削弱该双凸极直线电机多次谐波，减小推力脉动；

初次级均为凸极齿槽结构，次级上无绕组及永磁体，结构简单、运行可靠的优点；

由于采用电励磁产生的励磁磁场可调，避免永磁体受环 境温度等因素的影响，可高速运行，并可通过调节励磁电流实现改电机的调速调压。

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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.电励磁双凸极直线电机，其特征在于，包括：初级(1)、三相电枢绕组(2)、直流励磁绕组(3)、次级(4)、初级齿(5)、次级齿(6), 初级(1)和次级(4)是凸极齿槽结构,次级(4)固定在平面上,初级(1)为动子，次级(4)为定子，初级(1)和次级(4)之间有气隙，每个初级齿(5)的齿隙空间内均安装三相电枢绕组(2)和直流励磁绕组(3)，三相电枢绕组（2）上的任一相绕组为第m相绕组,m=1,2,3…,所述第m相绕组和第m+3相绕组反向串联，并形成一相。

2.根据权利要求1所述的电励磁双凸极直线电机，其特征在于，初级极距为初级齿（5）宽度的2倍，次级齿（6）的宽度不小于初级齿（5）的宽度。

3.根据权利要求2所述的电励磁双凸极直线电机，其特征在于，次级极距和所述初级极距的比例关系为5:6。

4.根据权利要求1所述的电励磁双凸极直线电机，其特征在于，所述三相电枢绕组（2）和直流励磁绕组（3）采用集中式绕组方式。

5.根据权利要求1所述的电励磁双凸极直线电机，其特征在于，初级（1）和次级（4）采用硅钢片冲压制成。