CN110011512A - 一种初级永磁型磁场调制直线电机 - Google Patents

一种初级永磁型磁场调制直线电机 Download PDF

Info

Publication number
CN110011512A
CN110011512A CN201910168101.2A CN201910168101A CN110011512A CN 110011512 A CN110011512 A CN 110011512A CN 201910168101 A CN201910168101 A CN 201910168101A CN 110011512 A CN110011512 A CN 110011512A
Authority
CN
China
Prior art keywords
primary
permanent magnet
tooth
modulation
magnetic field
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.)
Granted
Application number
CN201910168101.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110011512B (zh
Inventor
吉敬华
徐亮
朱旭辉
徐高红
赵文祥
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.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
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 Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910168101.2A priority Critical patent/CN110011512B/zh
Publication of CN110011512A publication Critical patent/CN110011512A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110011512B publication Critical patent/CN110011512B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion 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
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous 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

本发明公开了一种初级永磁型磁场调制直线电机，电机结构包括两个初级以及一个由调磁块组成的次级，上初级结构交替分布电枢槽和电枢齿，下初级均匀排布着水平方向励磁永磁体，充磁方向为水平方向，且N极和S极交替排列，下初级部分设置有辅助铁芯结构，该结构上均匀分布着辅助齿，并通过辅助轭将各个辅助齿连接起来，该辅助结构又直接与永磁体间的硅钢片连接，能有效降低电机加工难度，同时下初级的辅助齿能引导漏磁形成有效磁路，次级与辅助齿共同调制电机磁场，实现协同调制效果，有效提升电机磁场调制效率和转矩性能，具有较大的应用前景。

Description

一种初级永磁型磁场调制直线电机
技术领域
本发明涉及电工、电机设计及控制和长行程电动领域，特别是涉及到一种提高初级永磁型磁场调制直线电机性能的技术。
背景技术
直线电机由于结构简单，可作为长行程直线应用领域的直驱电机，其巨大的应用价值越来越受到大家的关注。现有的长行程直线应用领域较多采用异步电动机或者感应电动机，这类电机的特点是结构简单，加工制造方便且成本低，但缺点是功率因数和效率也比较低，前者需要额外配置的电流变换器增加成本，后者浪费能源。相比于异步(感应)直线电机，永磁直线电机直驱具有结构简单、传动效率高、定位精度高、响应速度快等优势。对于传统永磁型直线电机，其长次级部分需要铺设大量永磁体或者电枢绕组，很显然，对于长行程领域，运用传统永磁直线电机会极大的提升电机成本。而初级永磁型直线电机由于永磁体和绕组都在初级部分，很好的解决了长行程应用领域高成本这一问题。但是由于其永磁体与电枢绕组没有相对移动，因此电机基波并不能被利用，造成初级永磁直线电机推力密度较低，磁场调制的引入能极大的提高初级永磁直线电机推力密度，为初级永磁直线电机在长行程领域中的应用提供了重要参考。
中国发明专利CN201810231465.6公开了一种齿槽型双边初级永磁体同步直线电机，该结构将永磁体与绕组都置于初级部分，永磁体嵌于初级铁芯内，可以认为是两个磁通切换直线电机结合形成的电机结构，电枢绕组不经过永磁体且端部很短，有利于电机功率密度的提高，但是该电机本质属于磁通切换电机，也是利用调制后的磁场谐波工作，但是由于磁通切换电机结构的调制放大效果不明显，因此其存在推力密度不高的问题。
中国发明专利CN201710233408.7公开了一种高功率密度永磁游标直线电机，该结构将永磁体与绕组置于初级，而次级只有铁芯结构，属于初级永磁直线电机结构，适合应用于长行程领域，同时由于其运用了磁场调制原理，因此该电机具有较大的推力密度；但是，其单一调制路径导致电机漏磁较大，功率因数偏低；另外，由于永磁体和绕组存在竞争空间的问题，其磁负荷和电负荷是相互矛盾的，并不能充分发挥该电机优势。
综上所述，现阶段的初级永磁型磁场调制直线电机虽然能满足长行程领域所需的大推力密度、大功率密度以及低成本的要求，但是现有技术下的该类电机普遍只存在单一的调制路径，导致电机漏磁大、调制效果差、功率因数低、推力密度有待进一步提高等问题，这些问题的存在大大限制了其在长行程领域的应用推广。因此对能实现多路径调制，达到协同调制效果以减少电机漏磁、提升电机推力密度的初级永磁型磁场调制直线电机的研究已经迫在眉睫。
发明内容
本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种适用于长行程领域的初级永磁型磁场调制直线电机结构，该结构能引导电机磁路，实现双路径调制，达到协同调制效果，有助于提高电机磁场调制效率、减少电机漏磁、提升电机推力性能等。
为解决上述的问题，本发明的设计方案如下：
一种初级永磁型磁场调制直线电机，该电机包括上初级(10)，次级(20)和下初级(11)，上初级(10)与次级(20)之间、次级(20)和下初级(11)均用气隙隔开；
所述上初级(10)均匀分布着电枢齿(101)和电枢槽(102)，其中电枢齿(101)带有极靴(1011)结构，电枢槽(102)内排布有电枢绕组；次级(20)包括由硅钢片材料组成的次级调制齿，次级调制齿间用空气或者非导磁材料填充；
下初级(11)从上而下依次设置有永磁体、辅助铁芯结构(111)；其中辅助铁芯结构(111)包括辅助轭，以及辅助轭上的辅助齿(1111)；永磁体(113)均采用水平方向励磁，永磁体(113)按照N极和S极、沿着水平方向交替排列；永磁体(113)之间由矩形硅钢片材料(112)填充；辅助齿(1111)间隔连接矩形硅钢片材料(112)，两两辅助齿(1111)之间挖空形成空气槽(1112)。辅助齿(1111)在辅助轭上按照永磁体(113)极距的两倍排列，此时，辅助齿(1111)和次级调制齿能形成协同调制。
进一步，辅助铁芯结构(111)和矩形硅钢片材料(112)连接成整体；辅助齿(1111)能调制永磁体(113)的漏磁，形成有效磁通。
进一步，次级调制齿形状为梯形或者矩形，能在其与气隙或非导磁材料接触处形成较大的磁导变化，提升磁场调制。
进一步，电枢绕组极对数Pw，永磁体极对数Ppm，次级调制齿数ns满足以下关系式：ns＝Pw+Ppm。
进一步，上初级(10)和下初级(11)通过外部机械结构连接在一起，使得其运动速度和方向相同。
进一步，次级调制齿中，调制齿的上宽和下宽的比值范围在0.8～1.2之间，高度和上宽的比值范围在0.4～0.5之间。
进一步，辅助齿(1111)上宽要略大于矩形硅钢片材料(112)水平方向上的宽度、上宽和下宽的比值范围在0.8～1.2之间，高度和上宽的比值范围在0.35～0.5之间。
进一步，为获得最好的协同调制效果，辅助齿数na与次级调制齿数ns应满足：ns-na＝1或2。
本发明采用上述的设计方案后可以具备如下有益效果：
1)运用磁场调制原理，通过次级调磁齿引起的磁导变化产生低速有效磁场，能有效提升电机推力密度；
2)下初级的辅助齿能减少永磁体的漏磁，形成有效磁通，同时辅助齿也能和次级调制齿形成协同调制的作用，显著提高电机磁场幅值和提升输出性能。
3)将永磁体和电枢绕组分别置于两个初级，能解决初级永磁型电机的绕组和永磁体争空间的问题，提升电机磁负荷和电负荷。
4)永磁体嵌于下次级中，能有效的避免其因高电负荷而引起的不可逆退磁，提高电机稳定运行能力。
5)绕组和永磁体分开放置在两个初级上，以及下初级辅助齿间的辅助槽都能为电机创造较好的散热条件，有利于电机电负荷的提升，进而提升电机推力性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2是本发明与无辅助铁芯电机空载磁力线分布对比图；
图3是本发明与无辅助铁芯电机反电势对比图；
图中：上初级10，次级20，下初级11，辅助铁芯111，水平方向励磁永磁体113，永磁体间铁芯112，辅助齿1111，辅助齿间空气槽1112，上初级电枢齿101，上初级电枢槽102，电枢齿端极靴1011。
具体实施方式
参照图1，本发明的一种初级永磁型磁场调制直线电机结构包括上初级(10)，次级(20)和下初级(11)，上初级(10)与次级(20)之间、次级(20)和下初级(11)均用气隙隔开；
所述上初级(10)均匀分布着电枢齿(101)和电枢槽(102)，其中电枢齿(101)带有极靴(1011)结构，电枢槽(102)内排布有电枢绕组；次级(20)包括由硅钢片材料组成的次级调制齿，次级调制齿间用空气或者非导磁材料填充；
下初级(11)从上而下依次设置有永磁体、辅助铁芯结构(111)；其中辅助铁芯结构(111)包括辅助轭，以及辅助轭上的辅助齿(1111)；永磁体(113)均采用水平方向励磁，永磁体(113)按照N极和S极、沿着水平方向交替排列；永磁体(113)之间由矩形硅钢片材料(112)填充；辅助齿(1111)间隔连接矩形硅钢片材料(112)，两两辅助齿(1111)之间挖空形成空气槽(1112)。辅助齿(1111)在辅助轭上按照永磁体(113)极距的两倍排列，此时，辅助齿(1111)和次级调制齿能形成协同调制；为获得较好的协同调制效果，辅助齿数na与次级调制齿数ns应满足：ns-na＝1或2。
上述辅助铁芯结构(111)和矩形硅钢片材料(112)连接成整体；辅助齿(1111)能调制永磁体(113)的漏磁，形成有效磁通。
上述次级调制齿形状为梯形或者矩形，能在其与气隙或非导磁材料接触处形成较大的磁导变化，提升磁场调制。
上述电枢绕组极对数Pw，永磁体极对数Ppm，初级调制齿数ns满足以下关系式：ns＝Pw+Ppm。
上述上初级(10)和下初级(11)通过外部机械结构连接在一起，使得其运动速度和方向相同。
上述次级调制齿中，调制齿的上宽和下宽的比值范围在0.8～1.2之间，高度和上宽的比值范围在0.4～0.5之间。
上述辅助齿(1111)上宽要略大于矩形硅钢片材料(112)水平方向上的宽度、上宽和下宽的比值范围在0.8～1.2之间，高度和上宽的比值范围在0.35～0.5之间。
本发明以12槽11对极电机结构为例，其次级(20)有效调制齿数为12个，绕组按照1对极分相，有效辅助齿数为6。
参见图2，本发明能形成有效的1对极磁场与上初级(10)绕组形成交链，部分交链磁场会通过辅助铁芯结构(111)，与无辅助铁芯结构的情况相比，本发明的磁场发生了明显的变化，同时上初级(10)轭部的有效磁力线得到了增加，电机漏磁情况得到了改善。
参见图3，在相同运行速度下，本发明的反电势能在无辅助铁芯基础上得到极大提升，主要是由于电机工作谐波(1对极磁场谐波)得到提升，说明本发明可以有效利用协同调制效果来提升工作波，从而提升电机性能。
综上，本发明的一种初级永磁型磁场调制直线电机及其协同调制设计方法，电机结构包括两个初级以及一个由调磁块组成的次级，上初级结构交替分布电枢槽和电枢齿，下初级均匀排布着水平方向励磁永磁体，充磁方向为水平方向，且N极和S极交替排列，下初级部分设置有辅助铁芯结构，该结构上均匀分布着辅助齿，并通过辅助轭将各个辅助齿连接起来，该辅助结构又直接与永磁体间的硅钢片连接，能有效降低电机加工难度，同时下初级的辅助齿能引导漏磁形成有效磁路，次级与辅助齿共同调制电机磁场，实现协同调制效果，有效提升电机磁场调制效率和转矩性能，具有较大的应用前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：该电机包括上初级(10)，次级(20)和下初级(11)，上初级(10)与次级(20)之间、次级(20)和下初级(11)均用气隙隔开；
所述上初级(10)均匀分布着电枢齿(101)和电枢槽(102)，其中电枢齿(101)带有极靴(1011)结构，电枢槽(102)内排布有电枢绕组；次级(20)包括由硅钢片材料组成的次级调制齿，次级调制齿间用空气或者非导磁材料填充；
下初级(11)从上而下依次设置有永磁体、辅助铁芯结构(111)；其中辅助铁芯结构(111)包括辅助轭，以及辅助轭上的辅助齿(1111)；永磁体(113)均采用水平方向励磁，永磁体(113)按照N极和S极、沿着水平方向交替排列；永磁体(113)之间由矩形硅钢片材料(112)填充；辅助齿(1111)间隔连接矩形硅钢片材料(112)，两两辅助齿(1111)之间挖空形成空气槽(1112)。辅助齿(1111)在辅助轭上按照永磁体(113)极距的两倍排列，此时，辅助齿(1111)和次级调制齿能形成协同调制。
2.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：辅助铁芯结构(111)和矩形硅钢片材料(112)连接成整体；辅助齿(1111)能调制永磁体(113)的漏磁，形成有效磁通。
3.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：次级调制齿形状为梯形或者矩形，能在其与气隙或非导磁材料接触处形成较大的磁导变化，提升磁场调制。
4.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：电枢绕组极对数Pw，永磁体极对数Ppm，次级调制齿数ns满足以下关系式：ns＝Pw+Ppm。
5.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：上初级(10)和下初级(11)通过外部机械结构连接在一起，使得其运动速度和方向相同。
6.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：次级调制齿中，调制齿的上宽和下宽的比值范围在0.8～1.2之间，高度和上宽的比值范围在0.4～0.5之间。
7.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：辅助齿(1111)上宽要大于矩形硅钢片材料(112)水平方向上的宽度，上宽和下宽的比值范围在0.8～1.2之间，高度和上宽的比值范围在0.35～0.5之间。
8.根据权利要求1所述的初级永磁型磁场调制直线电机，其特征在于：辅助齿数na与次级调制齿数ns应满足：ns-na＝1或2。
CN201910168101.2A 2019-03-06 2019-03-06 一种初级永磁型磁场调制直线电机 Active CN110011512B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910168101.2A CN110011512B (zh) 2019-03-06 2019-03-06 一种初级永磁型磁场调制直线电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910168101.2A CN110011512B (zh) 2019-03-06 2019-03-06 一种初级永磁型磁场调制直线电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110011512A true CN110011512A (zh) 2019-07-12
CN110011512B CN110011512B (zh) 2021-02-23

Family

ID=67166565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910168101.2A Active CN110011512B (zh) 2019-03-06 2019-03-06 一种初级永磁型磁场调制直线电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110011512B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113178999A (zh) * 2021-04-28 2021-07-27 华中科技大学 一种定子永磁式直线振荡电机

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130106204A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Sanyo Denki Co., Ltd. Electric machine with linear mover
CN104578635A (zh) * 2015-01-09 2015-04-29 浙江大学 一种不对称双定子圆筒型永磁直线电机
CN104883016A (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 江苏大学 一种双定子磁场调制型永磁电机
CN106505821A (zh) * 2016-09-19 2017-03-15 江苏大学 一种初级永磁游标直线电机及其分割方法
CN107222075A (zh) * 2017-07-24 2017-09-29 江苏大学 一种具有t型铁心内定子的双定子混合励磁电机
CN107493003A (zh) * 2017-09-22 2017-12-19 南京航空航天大学 一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130106204A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Sanyo Denki Co., Ltd. Electric machine with linear mover
CN104578635A (zh) * 2015-01-09 2015-04-29 浙江大学 一种不对称双定子圆筒型永磁直线电机
CN104883016A (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 江苏大学 一种双定子磁场调制型永磁电机
CN106505821A (zh) * 2016-09-19 2017-03-15 江苏大学 一种初级永磁游标直线电机及其分割方法
CN107222075A (zh) * 2017-07-24 2017-09-29 江苏大学 一种具有t型铁心内定子的双定子混合励磁电机
CN107493003A (zh) * 2017-09-22 2017-12-19 南京航空航天大学 一种单元电机模块化双边错齿60°永磁同步直线电机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
石玉君、吉敬华、赵文祥: "一种新的容错型圆筒式永磁电机的优化设计", 《微特电机》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113178999A (zh) * 2021-04-28 2021-07-27 华中科技大学 一种定子永磁式直线振荡电机
CN113178999B (zh) * 2021-04-28 2024-04-19 华中科技大学 一种定子永磁式直线振荡电机

Also Published As

Publication number Publication date
CN110011512B (zh) 2021-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202384969U (zh) 一种具有高功率密度的混合励磁同步电机
CN101783574B (zh) 环形绕组分段式永磁同步直线电机
WO2021103246A1 (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
CN111181266B (zh) 一种直流偏置型磁通反向永磁电机
CN104242501A (zh) 混合永磁体在磁通切换永磁电机中的应用方法
CN101783573A (zh) 多相长定子初级永磁直线电机
CN110572003A (zh) 一种初级halbach永磁型直线电机
CN111082548A (zh) 一种定子模块化混合励磁交替极磁通反向电机
CN107465327B (zh) 电励磁双凸极直线电机
CN109039002A (zh) 一种永磁体内置式游标永磁直线电机
CN109245483B (zh) 一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机
CN110011512A (zh) 一种初级永磁型磁场调制直线电机
CN201956874U (zh) 一种永磁直驱式直线电机
CN102082490A (zh) 一种大推力永磁直驱式直线电机
CN111262356B (zh) 低成本高功率密度单相高速混合励磁永磁电动机及方法
CN201667603U (zh) 绕组互补磁路对称结构的初级永磁型直线电机
CN105391266B (zh) 一种h型铁芯混合励磁磁通切换电机
CN108155775B (zh) 一种不对称双边型双永磁混合励磁开关磁链直线电机
CN111509946A (zh) 低定位力双边磁通切换永磁直线电机
CN115622302B (zh) 动子可自供电的多动子永磁直线电机及其协同控制方法
CN108574393B (zh) 一种双定子双凸极永磁直线电机
CN203722452U (zh) 初级永磁型次级无轭部双边直线电机
CN203406765U (zh) 一种多齿结构的开关磁链直线电动机
CN102882347A (zh) 双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机
WO2023245918A1 (zh) 永磁电机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Kang Mei

Inventor after: Xu Liang

Inventor after: Zhu Xuhui

Inventor after: Ji Jinghua

Inventor after: Xu Gaohong

Inventor after: Zhao Wenxiang

Inventor before: Ji Jinghua

Inventor before: Xu Liang

Inventor before: Zhu Xuhui

Inventor before: Xu Gaohong

Inventor before: Zhao Wenxiang

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant