CN109075623B - 具有一体式线路电抗器的线性电机定子 - Google Patents

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Abstract

一种线性电机定子组件，包括位于一个壳体中的定子和一体式线路电抗器。电抗器具有感应线圈，所述感应线圈与定子绕组串联连接，以补偿定子相中的不相等电感并平衡进入定子的多相电流。

Description

具有一体式线路电抗器的线性电机定子
技术领域
本发明总体上涉及多相线性电机，尤其涉及与线性电机定子整体地容纳的线路电抗器。
背景技术
线性感应电机和其它线性电机通常被配置为多相电机，通常具有三相。由于端部磁场效应和绕组布局，定子绕组的电感通常因相而异。定子的相应该被大小几乎相等的电流激励，从而产生最佳传播的磁通波。主要通过两种方式解决由不相等的相电感引起的定子电流不平衡。一种解决方案是用电流调节的放大器来驱动定子线圈，但是电流调节的驱动器很昂贵。使定子电感平衡的另一种方式是使用感应电抗器。电抗器中的感应线圈与定子绕组串联连接，以平衡相的净电感，使得定子可由更常见的变频驱动器(VFD)驱动。由于电抗器是定子外部的独立单元，因此它们必须与定子封装在一起并且与定子电连接。在恶劣环境中封装和布线可能很困难，恶劣环境例如为需要NEMA4X或IP67直冲评级的那些环境。
发明内容
体现本发明的特征的线性电机定子组件的一种型式包括定子和电抗器。定子包括定子芯部部分，所述定子芯部部分具有限定所述定子芯部部分的长度的第一端和相反的第二端、以及外表面，所述外表面具有多个极面，所述多个极面由多个定子线圈槽隔开，所述多个定子线圈槽通向在所述第一端和所述第二端之间的所述外表面。多组定子线圈位于所述定子线圈槽中并且被连接以形成多相定子绕组，所述多相定子绕组沿着定子部分的长度通过所述极面传播磁通波。电抗器包括电抗器芯部部分，所述电抗器芯部部分邻接所述定子芯部部分并且具有外表面，所述外表面具有通向所述外表面的多个感应线圈槽。多个感应线圈位于所述感应线圈槽中。所述感应线圈中的每个与所述定子线圈的组中的一组或另一组串联地电连接。
这种线性电机定子组件的另一种型式包括芯部，所述芯部包括第一外表面和第二外表面。所述第一外表面在长度上从第一端延伸到第二端并且具有多个极面，所述多个极面由多个定子线圈槽隔开，所述多个定子线圈槽通向在所述第一端和第二所述端之间的第一外表面。所述第二外表面具有通向所述第二外表面的多个感应线圈槽。三组定子线圈位于所述定子线圈槽中并且被连接以形成三相定子绕组，所述三相定子绕组沿着所述第一外表面的长度通过所述极面传播磁通波。多个感应线圈位于所述感应线圈槽中。所述感应线圈中的每个与所述定子线圈的组中的一组或另一组串联地电连接。
在另一方面中，线性电机系统包括：壳体；定子，所述定子具有被容纳在所述壳体中的三个定子绕组；电抗器，所述电抗器具有邻近所述定子被容纳在所述壳体中的电感器件；以及三相变频驱动器。所述电感器件电连接在所述三相变频驱动器和所述三个定子绕组中的一个或多个之间，以平衡所述三个定子绕组中的电流。
附图说明
图1是体现本发明的特征的线性电机定子组件的等距视图；
图2是图1的定子组件的侧视图；
图3是图1的定子组件的电气示意图；
图4是如图1中的线性电机定子组件的另一种型式的侧视图，但具有隔离的定子和电抗器芯部；
图5是线性电机定子组件的第三种型式的等距视图，其具有与定子并排布置的一体电抗器；
图6是图5的线性电机定子组件的侧视图；以及
图7是使用如图1、图4或者图5中的线性电机定子组件来转动辊的辊式传送板的等距视图。
具体实施方式
体现本发明的特征的定子组件在图1和图2中被示出为线性电机，诸如线性感应电机或线性同步电机。定子组件10包括芯部12，该芯部12在长度上从第一端14延伸到第二端15。该芯部在厚度上从上部正面外表面16延伸到下部背面外表面17。槽18通向在第一端14和第二端15之间的上部外表面16并将该上部外表面分成在连续槽之间的极面20。定子线圈22置于定子槽18中。在该示例中，定子线圈22被布置成三层：底层24A、中间层24B以及顶层24C。所述槽中的一些在每层中都有线圈；其它槽仅在所述层的其中两个层中具有线圈。定子线圈22被布置成三组。每组中的线圈串联地电连接，以形成三相定子的一个绕组。例如，底层24A中的所有定子线圈22可以串联接线以形成U相绕组。中间层24B中的线圈22可以串联接线以形成V相绕组。并且，顶层24C中的线圈22可以串联接线以形成W相绕组。当三个定子绕组连接到三相电源时，定子沿着定子长度在传播方向26上通过其上部外表面18中的极面20传播磁通波。
成对的槽28、28'通向芯部12的底部外表面17以接收感应线圈30A-C，在该示例中为三个感应线圈。定子线圈槽18多于感应线圈槽28、28'。在每对感应线圈槽28、28'之间的芯件(core piece)32延伸通过每个感应线圈的中心并形成线圈的高磁导率芯部。与电感器的芯件32和芯部12的底部外表面17隔开间隙36的钢板34用作完成电感器磁路的磁分路。板34还可以用作定子组件10的安装板。当电连接到定子线圈22时，感应线圈30A-C可以补偿定子线圈的电抗差。因此，感应线圈相当于线路电抗器。
在图1和图2中，感应线圈30A-C和定子线圈22共用同一芯部12。但是，与定子不包括一体的感应线圈30A-C的情况相比，芯部22在顶面16和底面17之间较厚。较厚的芯部22有助于使定子磁通与感应磁通分离(decouple)。因此，芯部12通过顶面16和底面17之间的假想平面40分成定子芯部部分38和电抗器芯部部分39。芯部12由变压器钢叠片构造以减小涡流，但是芯部12也可以是一块实心金属。极面20的适当尺寸和槽18、28、28'的深度可导致对定子线圈22和电抗器的感应线圈30A-C使用相同的线圈形式。
在图3中示意性地示出了线性电机系统的定子部分的电气接线，其中电抗器电感器件(reactor inductors)连接在定子绕组和VFD之间。VFD 42的三相输出线U、V、W连接到三个定子绕组，三个定子绕组的电感是LU、LV和LW。一般来说，这三个电感不相等。为了补偿由于VFD 42上的不相等绕组电感LU、LV、LW的影响导致的定子绕组中的不平衡电流，使用由感应线圈30A-C组成的线路电抗器44。在该示例中，LU<LV<LW。在没有补偿的情况下，由于电压源VFD上的每个相中的不同电感LU、LV、LW的影响，定子绕组中的电流IU、IV、IW是不平衡的。由于LU是最低的电感，因此两个感应线圈30A和30C串联地电连接在VFD 42和U相绕组之间。因此，VFD在U相上看到的电感是LU+L1+L3。余下的感应线圈30B与定子的V相绕组串联连接，以将VFD 42看到的电感增加为LV+L2。没有给电感最高的W相绕组增加电感。通过这种方式，各相中的总电感更接近相等，并且所得到的相电流IU、IV、IW更好地平衡以获得更有效的磁通波。
图4示出了芯部的另一种型式。在该型式中，芯部46包括两个单独的芯件：定子芯部部分48和电抗器芯部部分49，而非如图1和图2中的单块芯部。两个部分48、49被示出为具有相同的长度并且被封装在一起以形成一体的结构。两个单独的部件48、49背对背地隔开小间隙50，该小间隙50有助于将定子线圈22的磁通返回路径52与感应线圈30的磁通返回路径53磁隔离。
除了图1和图4的定子组件的背对背构型外，在图5和图6中的定子组件54被构造有定子芯部部分56，该定子芯部部分56在定子芯部部分的端部60处邻接电抗器芯部部分58。可以使用单个实心芯部或层叠芯部部轮廓来形成与电抗器64一体的定子62。图6中的电抗器64具有三个感应线圈66A-C以及在与定子极面70相同的方向上面向上的三个极面68。面向电抗器极面68的磁分路板74完成电感器的磁路。
图7示出了如图1至图6中的任一个的线性电机定子组件的示例性应用。具有一体式电抗器的定子组件位于壳体78内，该壳体78位于导电或磁性辊80的阵列下面，所述导电或磁性辊80距离定子极面越过小间隙平行地布置。对于导电辊，定子的磁通波在辊80中感生电流，该电流产生磁场，该磁场与定子的磁通波相互作用并使辊转动。因此，导电辊80用作与定子形成线性感应电机的转子。对于磁性辊，定子的磁通波与永磁体的磁场相互作用并使所述辊转动。因此，磁性辊80用作与定子形成线性同步电机的转子。箱体82从进给输送带84通过转动的辊80传送到排出输送带86。
已经参考几个示例性型式详细描述了本发明。但其它型式是可能的。例如，该系统可以是三相以上的多相系统。关于定子和电抗器使用术语“一体(integral)”或“整体(unitary)”意味着它们一起被连接和封装在单个壳体中。整体的定子和电抗器可以共用共同的单块(实心或层压)芯部，或者可以具有彼此紧密间隔的单独芯部。其中一者不位于另一者的壳体外部。

Claims (17)

1.一种线性电机定子组件，包括：
定子，所述定子包括：
定子芯部部分，所述定子芯部部分具有：
限定所述定子芯部部分的长度的第一端和相反的第二端；
外表面，所述外表面具有多个极面，所述多个极面由多个定子线圈槽隔开，所述多个定子线圈槽通向在所述第一端和所述第二端之间的所述外表面；多组定子线圈，所述多组定子线圈位于所述定子线圈槽中并且被连接以形成多相定子绕组，所述多相定子绕组沿着定子部分的长度通过所述极面传播磁通波；
电抗器，所述电抗器包括：
电抗器芯部部分，所述电抗器芯部部分邻接所述定子芯部部分并且具有：
外表面，所述外表面具有通向所述外表面的多个感应线圈槽；
多个感应线圈，所述多个感应线圈位于所述感应线圈槽中，其中，所述感应线圈中的每个与所述定子线圈的组中的一组或另一组串联地电连接，以平衡所述多相定子绕组中的电流。
2.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述定子包括三组定子线圈，所述三组定子线圈被连接以形成三相定子绕组，所述电抗器包括三个感应线圈，所述感应线圈中的一个感应线圈与所述三组定子线圈中的一组定子线圈串联地电连接，并且所述感应线圈中的另外两个感应线圈彼此串联并且与所述三组定子线圈中的另一组定子线圈串联地电连接。
3.根据权利要求2所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述三个感应线圈中的至少两个感应线圈与所述三组定子线圈电连接，以补偿所述三组定子线圈中的不相等电抗。
4.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述线性电机定子组件还包括钢板，所述钢板面向所述电抗器芯部部分的外表面，以给所述电抗器提供磁分路并用作所述线性电机定子组件的安装板。
5.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述定子芯部部分和所述电抗器芯部部分是单块芯部的互补部分，所述单块芯部的正面是所述定子芯部部分的外表面，并且所述单块芯部的背面是所述电抗器芯部部分的外表面。
6.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述定子芯部部分和所述电抗器芯部部分是彼此磁隔离并且被一起封装成整体结构的单独芯部。
7.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述电抗器芯部部分邻接所述定子芯部部分的第一端，并且所述定子芯部部分的外表面和所述电抗器芯部部分的外表面面向同一方向。
8.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述定子线圈槽多于所述感应线圈槽。
9.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述线性电机定子组件还包括导电辊的阵列，所述导电辊沿着所述定子芯部部分的长度越过小间隙平行地布置以用作转子，所述转子由所述磁通波转动并与所述定子一起形成线性感应电机。
10.根据权利要求1所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述线性电机定子组件还包括辊的阵列，所述辊沿着所述定子芯部部分的长度越过小间隙平行地布置并且包括永磁体，其中，所述辊用作由所述磁通波转动的转子并与所述定子一起形成线性同步电机。
11.一种线性电机定子组件，包括：
芯部，所述芯部包括：
第一外表面，所述第一外表面在长度上从第一端延伸到第二端并且具有多个极面，所述多个极面由多个定子线圈槽隔开，所述多个定子线圈槽通向在所述第一端和所述第二端之间的第一外表面；
第二外表面，所述第二外表面具有通向所述第二外表面的多个感应线圈槽；
三组定子线圈，所述三组定子线圈位于所述定子线圈槽中并且被连接以形成三相定子绕组，所述三相定子绕组沿着所述第一外表面的长度通过所述极面传播磁通波；
多个感应线圈，所述多个感应线圈位于所述感应线圈槽中，其中，所述感应线圈中的每个与所述定子线圈的组中的一组或另一组串联地电连接，以平衡所述三相定子绕组中的电流。
12.根据权利要求11所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述第一外表面是所述芯部的正面，并且所述第二外表面是所述芯部的背面。
13.根据权利要求11所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述第一外表面和所述第二外表面面向同一方向。
14.根据权利要求11所述的线性电机定子组件，其特征在于，所述线性电机定子组件还包括钢板，所述钢板面向所述第二外表面，以给所述感应线圈提供磁分路并用作所述线性电机定子组件的安装板。
15.一种线性电机系统，包括：
壳体；
定子，所述定子具有被容纳在所述壳体中的三个定子绕组；
电抗器，所述电抗器具有邻近所述定子被容纳在所述壳体中的电感器件；
三相变频驱动器；
其中，所述电感器件电连接在所述三相变频驱动器和所述三个定子绕组中的一个或多个之间，以平衡所述三个定子绕组中的电流。
16.根据权利要求15所述的线性电机系统，其特征在于，所述线性电机系统还包括导电辊的阵列，所述导电辊距离所述定子越过小间隙平行布置以用作转子，所述转子由磁通波转动并且与所述定子一起形成线性感应电机。
17.根据权利要求15所述的线性电机系统，其特征在于，所述线性电机系统还包括辊的阵列，所述辊距离所述定子越过小间隙平行布置并且包括永磁体，其中，所述辊用作由所述定子产生的磁通波转动的转子并且与所述定子一起形成线性同步电机。
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