CN109962597A - 一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机 - Google Patents

一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机 Download PDF

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CN109962597A CN201910352148.4A CN201910352148A CN109962597A CN 109962597 A CN109962597 A CN 109962597A CN 201910352148 A CN201910352148 A CN 201910352148A CN 109962597 A CN109962597 A CN 109962597A
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曹瑞武
沈丹妮
陆鸣航
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，该电机初级包括U型导磁材料、电枢绕组和置于导磁材料槽口处的永磁体，次级仅由无轭部动子块组成。永磁体平行充磁，双边初级的永磁体充磁方向相反，空载时永磁体产生磁路通过初级U型导磁材料短路，减小定位力，加载时磁通通过无轭部次级形成串联磁路。除去次级轭部可减少次级质量，提高推力密度。次级铁心可由质量较轻的环氧材料填充紧固。本发明具有定位力小，次级结构简单、推力密度高等优点，适用于电磁弹射系统可提高弹射系统的功率密度和带负载能力。

Description

一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机
技术领域
本发明涉及的是一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，属于电机制造技术领域。
背景技术
随着工业的发展，直线电机在各类场合应用越来越广泛。在电磁弹射领域，目前蒸汽弹射器是现役航母上广泛使用的弹射装备，然而蒸汽弹射器分系统众多且复杂，体积和占舰面积大，重量大，工作效率低，系统使用、维修成本高，作为一个开环系统，弹射可控性差。因此，随着现代军事的进步，对新型弹射装置取代蒸汽弹射器的需求迫切，用于电磁弹射的直线电机得到了提出和发展。
目前，用于飞机电磁弹射系统的直线电机研究主要集中在直线感应电机和永磁同步直线电机这两种。
直线感应电机经过多年的发展，技术较为成熟，在电磁弹射系统应用中一般采用双边长初级结构的直线感应电机，其次级动子主要由铝组成，具有次级结构简单、重量轻、带负载能力强等优点，是一种实用化的方案。但因直线感应电机涡流损耗较高，因此功率因数和效率较低，输入电流大，导致系统需要更大容量的逆变器，同时直线感应电机的控制较为复杂，因此其长期运营成本与系统成本较高。
传统永磁直线同步电机的效率、功率因数、功率密度均较高。在电磁弹射驱动系统中，永磁同步直线电机有两种动子结构：动圈式和动磁式。其中动圈式的动子上放置电枢绕组，带电高速运行存在安全隐患系统可靠性低，动磁式动子上放置有永磁体，永磁体在高速运行的动子上存在高温退磁、高速震动的危险，电机存在可靠性低的问题。
近年来，开关磁阻电机因其特殊的结构特点受到了相关学者的广泛关注。开关磁阻电机的次级仅由导磁材料构成，结构简单，初级仅由电枢绕组与导磁材料构成，不含永磁体，因此成本较低且容错性能较好。此外，开关磁阻电机还具有启动推力高，效率高，并且在较大的调速范围内有着较高的可靠性等优点。然而，传统的开关磁阻电机存在推力波动较大，功率密度较低等缺点。因此，为了提高电机输出推力、功率密度等性能，使其适用于电磁弹射领域，本发明提出一种初级永磁型型电机。本发明所述电机兼具次级结构简单、功率密度高、功率因数高、便于调节励磁磁场和便于实现弱磁调速等优点，因此，研究双边初级永磁式直线电机对于飞机电磁弹射领域具有重要意义。
发明内容
基于背景中所述技术上存在的不足，本发明的目的在于提供一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，本发明的次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，次级结构简单，双边初级上放置永磁体和电枢绕组，该电机定位力小，结构简单可靠，功率因数和效率较高。本发明中的互补式结构可有效降低电机的推力波动，进而降低电机运行时的震动，提升其可靠性。
为实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机包括双边初级(11)和次级(10)，所述的初级(11)和次级(10)之间存在气隙。所述初级(11)由初级模块(110)构成，每个所述初级模块包括一个U型导磁材料(111)、电枢绕组(112)以及置于U型导磁材料(111)槽口处的永磁体(113)，次级(10)由次级无轭部动子块(100)构成。相邻两个所述初级模块(110)之间可存在连接桥(114)，所述连接桥(114)为导磁或非导磁材料；
一个初级模组(115)由n*m个所述初级模块(110)组成，其中n为一个初级模组(115)中包含的属于同一相的初级模块(110)数量，m为电机相数，k个初级模组(115)构成了完整的电机初级(11)；
属于同一初级模组(115)的相邻两相所述初级模块(110)中轴线之间的距离为λ1；相邻两个所述初级模组(115)中轴线之间的距离为λ2；当n≥2时，同一初级模组(115)中相邻两个同相初级模块(100)中轴线之间的距离为λ3；相邻两个所述次级无轭部动子块(100)中轴线之间的距离为τs；其中λ1、λ2、λ3和τs满足如下关系：
其中，i为非负整数，p为正整数。
若为消除h次推力谐波，λ1、λ2、λ3和τs满足如下关系：
其中，j为非负整数，电机可通过形成互补结构消除指定推力谐波，所述k个连续初级模组(115)分开控制，相邻初级模组(115)的供电相差1/(2h)个电周期。
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
进一步的，同一所述初级模块(110)内的电枢绕组(112)绕线方向相反，且属于同相。
进一步的，永磁体(113)水平充磁，相邻永磁体(113)的充磁方向相同，双边初级(11)上下对应的永磁体(113)充磁方向相反，形成串联磁路。
更进一步的，当λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)时，k个所述初级模组(115)可串联构成一个整体或分开控制。
更进一步的，当λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(2)时，电机形成互补结构，所述k个连续初级模组(115)分开控制，相邻初级模组(115)的供电相差1/(2h)个电周期。
作为一种优选，所述电枢绕组(112)为铜或超导材料。
作为上述电机的一种变换形式，所述模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机为发电机或电动机。
本发明电机主要存在如下优点：
本发明提出一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，兼具了直线感应电机次级结构简单和传统永磁直线电机功率因数、效率高等优点，并且在具备开关磁阻电机启动推力高效率高等优点的同时改善了传统开关磁阻电机功率密度低等缺点。并且通过互补式结构，本发明可消除指定次推力谐波，减小推力波动，进而有效减小电机推力波动与噪声，提升其可靠性，降低对系统要求。本发明因其高功率密度、输出推力以及可靠性高等性能优点，可适用于飞机电磁弹射等直线驱动领域。
结合附图和实施例对本发明进一步说明：
附图说明
图1为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例1电机结构示意图，次级由5个次级无轭部动子块(100)组成，初级(11)由两个初级模组(115)组成；
图2为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例2电机结构示意图，次级由4个次级无轭部动子块(100)组成，初级(11)由两个初级模组(115)组成；
图3为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例3电机结构示意图，电机为互补型结构；
图4为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例4电机结构示意图，每个初级模组(115)中包含两个属于同相的初级模块(110)；
图5为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例5电机结构示意图，本实施例中的电机为长次级结构；
图6为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例6电机结构示意图，本实施例中的电机为五相电机；
图7为本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机实施例7电机结构示意图，本实施例在实施例1的基础上在次级两侧添加了两块高度较小的次级无轭部动子块；
其中，10-次级，11-初级，100-次级无轭部动子块，110-初级模块，111-U形导磁材料，112-电枢绕组，113-永磁体，114-连接桥，115-初级模组。
具体实施方式
本发明提供一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，为使发明目的、结构特点、技术手段易于理解，下面结合具体实施方式，进一步详细阐述本发明。应当明确，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，包括初级11和次级10，所述初级11与次级10之间具有气隙，所述初级11包括初级模块110，所述次级10由若干个次级无轭部动子块100构成；
每个所述初级模块110包括一个U形导磁材料111和电枢绕组112，以及设置于U形导磁材料111槽口处的永磁体113；
相邻两个所述初级模块110之间存在连接桥114，所述连接桥114为导磁或非导磁材料；
属于同一初级模组115的相邻两相所述初级模块110中轴线之间的距离为λ1；相邻两个所述初级模组115中轴线之间的距离为λ2；当n≥2时，同一初级模组115中相邻两个同相初级模块100中轴线之间的距离为λ3；相邻两个所述次级无轭部动子块100中轴线之间的距离为τs；其中λ1、λ2、λ3和τs满足如下关系：
其中，i为非负整数，p为正整数。
若为消除h次推力谐波，λ1、λ2、λ3和τs满足如下关系：
其中，j为非负整数，可通过形成互补结构消除制定推力谐波，所述k个连续初级模组(115)分开控制，相邻初级模组(115)的供电相差1/(2h)个电周期。
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
进一步的，同一所述初级模块(110)内的电枢绕组(112)绕线方向相反，且属于同相。
进一步的，永磁体(113)水平充磁，相邻永磁体(113)的充磁方向相同，初级(11)上下对应的永磁体(113)充磁方向相反，加载时磁通可通过次级形成串联磁路。
更进一步的，当λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)时，k个所述初级模组(115)串联构成一个整体或分开控制。
更进一步的，当λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(2)时，电机形成互补结构，所述k个连续初级模组(115)分开控制，相邻初级模组(115)的供电相差1/(2h)个电周期。
作为一种优选，所述电枢绕组112为铜或超导材料。
作为上述电机的一种变换形式，所述模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机为发电机或电动机。
实施例1
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机见图1，包括双边初级11和次级10，所述的初级11和次级10之间存在气隙。所述初级11由初级模块110构成，每个所述初级模块包括一个U型导磁材料111、电枢绕组112以及置于U型导磁材料111槽口处的永磁体113，次级10由若干个次级无轭部动子块100构成。同一所述初级模块110内的电枢绕组112绕线方向相反，且属于同相。永磁体113水平充磁，相邻永磁体113的充磁方向相同，初级11上下对应的永磁体113充磁方向相反，加载时磁通可通过次级形成串联磁路。相邻两个所述初级模块110之间存在连接桥114，所述连接桥114为导磁或非导磁材料。
属于同一初级模组115的相邻两相所述初级模块110中轴线之间的距离为λ1；相邻两个所述初级模组115中轴线之间的距离为λ2；n为同一所述模组115中包含的同一相所述初级模块的数量，当n≥2时，同一初级模组115中相邻两个同相初级模块100中轴线之间的距离为λ3；相邻两个所述次级无轭部动子块100中轴线之间的距离为τs；其中λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)，
次级10由ns个次级无轭部动子块100构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块100的个数，ns0＝0或2。
本实施例中，m＝3，n＝1，k＝2，i＝2，ks＝1，ns0＝0，(1)式中正负号取负。因此，λ1＝5/3τs，λ2＝3λ1＝5τs，ns＝5，即次级由5个次级无轭部动子块构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为三相电机，为ABC三相，电枢绕组自左向右依次为ABCABC循环；n为每模组115中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个初级模组115中包含1个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，在本实施例中k＝2。
本实施例的结构特点如下：第一，对比直线感应电机，本发明的电机有较高的功率因数和效率；第二，对比传统永磁直线同步电机，本发明的电机次级结构简单可靠，高速运动时安全隐患低，空载时，永磁体磁路通过U型导磁材料短路，气隙中几乎没有磁通，因此定位力小；第三，对比传统开关磁阻电机，本发明电机产生的推力和功率密度较高。
实施例2
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机的另一种极距比电机，见图2，包括双边初级11和次级10，所述的初级11和次级10之间存在气隙。所述初级11由初级模块110构成，每个所述初级模块包括一个U型导磁材料111、电枢绕组112以及置于U型导磁材料111槽口处的永磁体113，次级10由次级无轭部动子块100构成。同一所述初级模块110内的电枢绕组112绕线方向相反，且属于同相；永磁体113水平充磁，相邻永磁体113的充磁方向相同，初级11上下对应的永磁体113充磁方向相反，加载时通过次级动子形成串联磁路。相邻两个所述初级模块110之间存在连接桥114，所述连接桥114为导磁或非导磁材料。其具体参数λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)，
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
本实施例中，m＝3，n＝1，k＝2，i＝1，ks＝1，ns0＝0，(1)式中正负号取正号。因此λ1＝4/3τs，λ2＝3λ1＝4τs，ns＝4，即次级由4个次级无轭部动子块100构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为三相电机，为ABC三相，电枢绕组自左向右依次为ACBACB循环；n为每模组中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个模组中包含1个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，本实施例中k＝2。
本实施例与实施例1不同之处在于，次级无轭部动子块的数量由5减小到4。
本实施例的结构特点就实施例1的不同之处在于，实施例1的电机在低速时输出推力更大，推力脉动小，功率密度大，而在高速运行时，实施例2的电机性能更好。
实施例3
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，见图3，是一种互补型结构电机。包括双边初级11和次级10，所述的初级11和次级10之间存在气隙。所述初级11由初级模块110构成，每个所述初级模块包括一个U型导磁材料111、电枢绕组112以及置于U型导磁材料111槽口处的永磁体113，次级10由次级无轭部动子块100构成。同一所述初级模块110内的电枢绕组112绕线方向相反，且属于同相；永磁体113水平充磁，相邻永磁体113的充磁方向相同，初级11上下对应的永磁体113充磁方向相反，加载时磁通可通过次级动子形成串联磁路。
其参数λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(2)，
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
在本实施例中，m＝3，n＝1，k＝4，i＝1，j＝0，h＝1，ks＝2，ns0＝0，(2)式中正负号取正号，因此λ1＝4/3τs，λ2＝4.5τs，ns＝9，即次级由9个次级无轭部动子块100构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为三相电机，为ABC三相，电枢绕组自左向右依次为ACBACB循环；n为每模组中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个模组中包含1个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，本实施例中k＝4；本实施例为互补型结构，因此需两个初级模组115构成一个初级电机单元。
本实施例有如下特点：电机通过采用互补式模组实现针对某次推力谐波的消除，可降低推力波动，提升系统稳定性。
实施例4
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机见图4，包括双边初级11和次级10，所述的初级11和次级10之间存在气隙。所述初级11由初级模块110构成，每个所述初级模块包括一个U型导磁材料111、电枢绕组112以及置于U型导磁材料111槽口处的永磁体113，次级10由次级无轭部动子块100构成。同一所述初级模块110内的电枢绕组112绕线方向相反，且属于同相；永磁体113水平充磁，相邻永磁体113的充磁方向相同，初级11上下对应的永磁体113充磁方向相反，形成串联磁路。相邻两个所述初级模块110之间存在连接桥114，所述连接桥114为导磁或非导磁材料。
属于同一初级模组115的相邻两相所述初级模块110中轴线之间的距离为λ1；相邻两个所述初级模组115中轴线之间的距离为λ2；n为同一所述模组115中包含的同一相所述初级模块的数量，当n≥2时，同一初级模组115中相邻两个同相初级模块100中轴线之间的距离为λ3；相邻两个所述次级无轭部动子块100中轴线之间的距离为τs；其中λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)，
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
本实施例中，m＝3，n＝2，k＝2，i＝4，ks＝1，ns0＝0，(1)式中正负号取正号，因此，λ1＝13/3τs，λ2＝13τs，λ3＝2τs，ns＝13，即次级由13个次级无轭部动子块100构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为三相电机，为ABC三相，电枢绕组自左向右依次为AACCBB循环；n为每初级模组115中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个初级模组115中包含2个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，本实施例中k＝2。
本实施例的结构特点如下：每个初级模组115中包含两个同相初级模块110，即n＝2，同相所述初级模块连续设置，可以有效减小初级的长度，减小初级的体积，进而提升电机的功率密度，同时可降低供电设备复杂程度，提高系统容错性。
实施例5
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机见图5，本实施例与实施例1的不同之处在于本实施例的电机为长次级，短初级结构，电机工作过程中，双边初级在水平方向运动。电机基本参数λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)，
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
本实施例中，m＝3，n＝1，k＝2，i＝2，ks＝3，ns0＝0，(1)式中正负号取负。因此，λ1＝5/3τs，λ2＝3λ1＝5τs，ns＝15，即次级由15个次级无轭部动子块100构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为三相电机，为ABC三相，电枢绕组自左向右依次为ABCABC循环；n为每模组中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个模组中包含1个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，本实施例中k＝2。
实施例6
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，见图6，为五相电机。包括双边初级11和次级10，所述的初级11和次级10之间存在气隙。所述初级11由初级模块110构成，每个所述初级模块包括一个U型导磁材料111、电枢绕组112以及置于U型导磁材料111槽口处的永磁体113，次级10由次级无轭部动子块100构成。同一所述初级模块110内的电枢绕组112绕线方向相反，且属于同相；永磁体113水平充磁，相邻永磁体113的充磁方向相同，初级11上下对应的永磁体113充磁方向相反，形成串联磁路。相邻两个所述初级模块110之间存在连接桥114，所述连接桥114为导磁或非导磁材料。
属于同一初级模组115的相邻两相所述初级模块110中轴线之间的距离为λ1；相邻两个所述初级模组115中轴线之间的距离为λ2；n为同一所述模组115中包含的同一相所述初级模块的数量，当n≥2时，同一初级模组115中相邻两个同相初级模块100中轴线之间的距离为λ3；相邻两个所述次级无轭部动子块100中轴线之间的距离为τs；其中，电机基本参数λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)，
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
本实施例中，m＝5，n＝1，k＝2，i＝2，ks＝1，ns0＝0，(1)式中正负号取负。因此，λ1＝9/5τs，λ2＝5λ1＝9τs，ns＝9，即次级由9个次级无轭部动子块100构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为五相电机，为ABCDE五相，电枢绕组自左向右依次为ABCDE循环；n为每模组中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个模组中包含1个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，本实施例中k＝2，。和实施例1电机为三相电机不同的是本实施例为五相电机。
实施例7
本发明的一种模块化次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，见图7，本实施例与实施例1的不同之处在于为改善因次级在运动过程中电感变化的非周期性引起的推力波动的非周期性，在实施例1的5个次级动子块的两侧添加了高度相对较低的次级无轭部动子块，可有效改善推力波动。
电机基本参数λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)，
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
本实施例中，m＝3，n＝1，k＝2，i＝2，ks＝1，ns0＝2，(1)式中正负号取负。因此，λ1＝5/3τs，λ2＝3λ1＝5τs，ns＝7，即次级由7个次级无轭部动子块100构成。其中m为本发明的电机相数，本实施例电机为三相电机，为ABC三相，电枢绕组自左向右依次为ABCABC循环；n为每模组中包含的属于同相的初级模块110的个数，本实施例每个模组中包含1个属于同相的初级模块110；连续的k个所述初级模组115构成了完整的电机初级11，在本实施例中k＝2。
本实施例的结构特点如下：为减小因次级在运动过程中电感变化的非周期性引起的推力波动，在实施例1的5个次级无轭部动子块的两侧添加了高度相对较低的两个次级无轭部动子块，经仿真验证可有效改善推力波动的非周期性变化。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，包括初级(11)和次级(10)，所述初级(11)与次级(10)之间具有气隙，其特征在于，
所述初级(11)包括初级模块(110)，所述次级(10)为无轭部结构；每个所述初级模块(110)包括一个U形导磁材料(111)和电枢绕组(112)，以及设置于U形导磁材料(111)槽口处的永磁体(113)，所述次级(10)由若干个次级无轭部动子块(100)构成；
每个初级模组(115)由n*m个所述初级模块(110)构成，其中n为一个初级模组(115)中包含的属于同一相的初级模块(110)数量，m为电机相数，k个初级模组(115)构成了完整的电机初级(11)；
属于同一初级模组(115)的相邻两相所述初级模块(110)中轴线之间的距离为λ1；相邻两个所述初级模组(115)中轴线之间的距离为λ2；当n≥2时，同一初级模组(115)中相邻两个同相初级模块(100)中轴线之间的距离为λ3；相邻两个所述次级无轭部动子块(100)中轴线之间的距离为τs；其中λ1、λ2、λ3和τs满足如下关系：
或
其中，i、j为非负整数，p、h为正整数。对于关系式(2)，h为通过结构消除的推力谐波次数；
次级(10)由ns个次级无轭部动子块(100)构成，其与λ2、τs满足如下约束关系：
ns＝ks*λ2/τs+ns0
其中ks为正整数，ns0为辅助添加的次级无轭部动子块(100)的个数，ns0＝0或2。
2.根据权利要求1所述的一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于，同一所述初级模块(110)内的电枢绕组(112)绕线方向相反，且属于同相。
3.根据权利要求1所述的一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于，永磁体(113)水平充磁，相邻永磁体(113)的充磁方向相同，双边初级(11)上下对应的永磁体(113)充磁方向相反，加载时形成串联磁路。
4.根据权利要求1所述的一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于，当λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(1)时，k个所述初级模组(115)可串联构成一个整体或分开控制；当λ1、λ2、λ3和τs满足关系式(2)时电机中的两个模组形成互补结构，所述k个连续初级模组(115)分开控制，相邻初级模组(115)的供电相差1/(2h)个电周期。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于，相邻两个所述初级模块(110)之间存在连接桥(114)，所述连接桥(114)可为导磁或非导磁材料。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于，所述电枢绕组(112)为铜或超导材料。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于，所述一种次级无轭部双边初级永磁式开关磁阻直线电机为发电机或电动机。
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