CN109768682A - 一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，属于新型电机设计领域。本发明相比传统的圆筒型纵向磁通开关磁阻直线电机能够提高电机内部空间利用率，更加有效地形成磁路。本发明由环形外定子、柱形内定子、内外定子饼式绕组、内外定子间隔环、双凸极动子组成。内外定子与定子间隔环相间放置，双凸极动子处于内外定子之间，其内凸极与外凸极分别对应内外定子凸极，形成两套开关磁阻电机系统；圆周方向上内外定子绕组的绕向相反；纵向上的相邻定子绕组绕向亦相反；处于同一横截面的内外两定子绕组同时通电；整个电机系统共有6个绕组。本发明的电机定子部分有内外双定子模块，因此电机具有平均出力大、结构简单、容易维修、可靠性高等优点。

Description

一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机

技术领域

本发明涉及新型电机设计领域，具体涉及到开关磁阻直线电机。

背景技术

近年来，随着直线驱动的应用越来越广泛，直线电机逐渐成为了研究与研发的热点之一，并且已经被广泛地应用于军事工业、航空航天、轨道交通、电磁弹射等领域。其中，开关磁阻直线电机依靠其结构简单、容错性强、可靠性高、无永磁材料、控制策略灵活、调速范围宽、成本低等优势，引起了越来越多研发者的兴趣。由传统的旋转型开关磁阻电机演变而来的单边型开关磁阻直线电机，其单边定子结构带来的较大的法向力，会使动子与轴之间产生极大的摩擦力，而这一特性会严重影响电机性能与运行寿命。由单边型开关磁阻直线电机改进而来的双边型开关磁阻直线电机，其双边的定子结构虽然能削弱法向力，但是由于目前制造工艺有限导致的装配过程中不可避免的双边气隙不规范问题，法向电磁力问题仍无法彻底解决。圆筒型开关磁阻直线电机由于其横截面上的圆形定子分布，在规范地安装定子、动子模块的情况下，能够有效地抵消径向电磁力。对比传统的开关磁阻直线电机，圆筒型开关磁阻直线电机有两个固有的优势。一是圆筒型结构带来的空间利用率的提升使其单位体积内能产生更大的出力，二是圆筒型开关磁阻直线电机避免了横向截断，因此磁场分布更加有序，并且能使圆筒型开关磁阻直线电机避免横向端部效应的影响。传统的圆筒型开关磁阻直线电机，内部存在非铁磁材料的动子轴与较厚的动子轭，其空间利用率不高，降低了电机的出力体积比，因此其结构还有较大的改进空间。

发明内容

针对上述技术中存在的问题，本发明提出一种设计合理，容易加工和维护的具有内外双定子模块的新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机。

为实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，由环形外定子、定子饼式绕组、定子间隔环、柱形内定子、双凸极动子组成。环形外定子与定子间隔环在截面上依次相间放置，柱形内定子与定子间隔环也依次相间，双凸极动子位于外定子内齿与内定子外齿中间的空间内；在圆周方向上两个相邻的定子绕组的绕向相反；纵向上的两个相邻绕组绕向亦相反；圆周方向上的两个绕组同时导通；纵向相邻的三个绕组依次导通。

本发明的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机的有益效果有：

(一)电机的圆筒型定子结构能够使法向电磁力基本得到消除，同时能够避免横向截断，因此能够最大程度地避免横向的端部效应；(二)电机定子部分为两个独立的内外定子模块，便于生产与组装；(三)电机定子部分内外双定子设计与动子的双凸极设计构成了等效的两套三相6/4开关磁阻直线电机系统，经过电磁场分析，证明这种结构确实能够有利于形成电机有效磁路；经过平均电磁力分析，确定该结构设计能够显著提升电机的出力质量比。

附图说明

图1是本发明的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机定子模块图。

图2是本发明的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机动子模块图。

图3是本发明的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机截面图

图4是本发明的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机静态出力特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本实施方式的新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机由环形外定子、定子饼式绕组、定子间隔环、柱形内定子、双凸极动子组成。三个环形外定子与两个定子间隔环在纵向上依次相间放置，三个柱形内定子与两个定子间隔环也依次相间放置，双凸极动子位于外定子内凸极与内定子外凸极中间的空间内；如图1，图3所示，三个外定子绕组与三个内定子绕组分别为A相绕组、B相绕组、C相绕组、D相绕组、E相绕组、F相绕组，在圆周方向上两个相邻的定子绕组，例如A相绕组与D相绕组的绕向相反；纵向上的两个相邻绕组，例如A相绕组与B相绕组绕向亦相反；圆周方向上的两个绕组同时导通；纵向相邻的三个绕组依次导通。

本实施方式选用该新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，如图1与图2所示，横向上从内到外依次为内定子、内定子饼式绕组、双凸极动子、外定子饼式绕组、外定子。在圆周方向上，相邻绕组绕向相反；在纵轴方向上，相邻绕组的绕向也相反。横向上的内外两绕组同时通电，纵向相邻的三个绕组依次通电。因此电机定子绕组的磁力线在动子轭内的方向从上至下依次为：上-下-上。

本实施方式的新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，定子绕组通电时，磁力线的闭合路径分为内外两部分，如图3所示：其中一部分通过环形外定子轭部，从外定子凸极流出，经过外定子内凸极与动子外凸极间的气隙进入动子外凸极与动子轭部，再从另一动子外凸极流出，经过气隙进入外定子内凸极，返回外定子轭部，形成环路；另一部分通过柱形内定子轭部，从内定子外凸极流出，经过内定子外凸极与动子内凸极间的气隙进入动子内凸极与动子轭部，再从另一动子内凸极流出，经过气隙进入内定子外凸极，返回内定子轭部，形成环路。内外两部分磁力线的闭合路径在动子铁芯中的方向相同，可以促进有效磁路的形成，增加出力。在通电运行过程中，本发明的新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机的控制方式可采用应用广泛的电流斩波控制方式、动子位置控制方式和电压PWM控制方式实现对新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机系统的运行控制。

下面利用图表进一步说明上述新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机的性能特性。图4为该新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机不同转子位置下的静态出力特性曲线。该结构的新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机尺寸与出力特性如表1所示。表1表明该新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机具有良好的出力特性。

表1新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机尺寸与出力特性

Claims (5)

1.一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，其特征在于：由环形外定子(1)、定子饼式绕组(2)、定子间隔环(3)、柱形内定子(4)、双凸极动子(5)组成，在内外两个独立的定子模块中，三个环形外定子(1)和柱形内定子(4)分别被两个定子间隔环(3)隔开，所有定子间隔环(3)都与相邻的定子紧密接合，形成内外两定子模块，双凸极动子(5)的外凸极与环形外定子(1)的定子凸极对应，而双凸极动子(5)的内凸极与柱形内定子(4)的凸极对应。动子的运动将会通过环形外定子(1)与柱形内定子(4)之间的空间，分隔内外定子的定子间隔环(3)为非铁磁材料，此种电机定子为内外U形结构，可使用饼式绕组。

2.根据权利要求1所述的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，其特征在于：三个环形外定子(1)和柱形内定子(4)分别被两个定子间隔环(3)隔开，所有定子间隔环(3)都与相邻的定子模块紧密接合，形成相互分立的环形外定子模块与柱形内定子模块，定子饼式绕组(2)产生的磁通为纵向磁通。

3.根据权利要求1所述的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，其特征在于：双凸极动子(5)的外凸极与环形外定子(1)的定子凸极对应，而双凸极动子(5)的内凸极与柱形内定子(4)的凸极对应，以形成内外两套等效三相6/4圆筒型开关磁阻直线电机系统。

4.根据权利要求1所述的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，其特征在于：分隔环形外定子(1)与柱形内定子(4)的定子间隔环(3)为非铁磁材料，来减弱纵向上相邻绕组产生的磁通的影响。

5.根据权利要求1所述的一种新型圆筒型双定子开关磁阻直线电机，其特征在于：此种电机定子为内外U形结构，可使用饼式绕线。