CN110768505A - 一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机 - Google Patents

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徐照平
孙晔
刘梁
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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机，包括支撑组件、设置在支撑组件内的动子组件，对称设置在支撑组件两侧的定子组件；所述动子组件包括动子支架和固定在动子支架上的两个永磁体；所述两个永磁体的充磁方向相反，分别朝向两个定子组件；所述动子组件可在支撑组件内水平滑动；滑动方向垂直于永磁体的充磁方向；所述定子组件包括电枢绕组，线圈骨架和定子铁芯；所述定子铁芯的两端设有线圈骨架；所述枢绕组缠绕在线圈骨架和定子铁芯的内侧；所述定子铁芯与永磁体之间设有间隙；本发明的直线电机可用于自由活塞发电、振荡发电等高速往复直线发电场合，具有磁阻力低，功率密度大，损耗低，效率高的优点。

Description

一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机
技术领域
本发明属于直线电机领域，特别是一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机。
背景技术
直线电机可以认为是由旋转电机在结构方便转换演变而来的，它可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，然后将电机的圆周展成直线。这样就得到了由旋转电机演变而来的原始的直线电机。由旋转电机定子演变过来的一侧称为初级，由旋转电机转子演变过来的一侧称为次级。旋转电机的径向、周向、轴向，分别对应直线电机的法向、纵向、横向。有时也可以将直线电机中运动的部分称为动子，静止的部分称为定子。
直线电机不仅可以用作为电动机来实现电能到机械能的转换，而且可以用作为发电机实现机械能与电能的转换。直线电动机是把电能直接转换为直线动能的一种机电装置，一般也将其称为直接驱动装置。直线发电机是把直线运动的动能直接转换为电能的设备，在世界上，直线运动的形式是随处可见的，直线发电机它最突出的一个优点是能够直接将直线动能加以利用，无需中间转换环节，因此直线发电机将会促使能源转换与利用方面的一次革命。
中国专利CN109617361A公开了一种单相交流永磁同步直线发电机，由于当动子组件运动到一侧时，三个线圈中的一个处于废工作状态，同时产生了不必要的铜损，导致发电效率不高。该发电机的极靴尺寸小，导致发电机磁阻力大，安装困难且运行振动大。同时，该发电机仅依靠端盖处的散热孔进行散热，散热条件不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机，以实现在满足发电效率和发电功率的前提下，拥有低损耗，功率密度大，磁阻力小，散热条件好等优点。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机，包括支撑组件、设置在支撑组件内的动子组件，对称设置在支撑组件两侧的定子组件；
所述动子组件包括动子支架和固定在动子支架上的两个永磁体；所述两个永磁体的充磁方向相反，分别朝向两个定子组件；所述动子组件可在支撑组件内水平滑动；滑动方向垂直于永磁体的充磁方向；
所述定子组件包括电枢绕组，线圈骨架和定子铁芯；所述定子铁芯的两端设有线圈骨架；所述电枢绕组缠绕在线圈骨架和定子铁芯的内侧；
所述定子铁芯与永磁体之间设有间隙。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)结合技术方案：通过定子铁芯由多个硅钢片叠压而成，叠压方向垂直于动子组件的滑动方向。能够实现降低定子铁芯的涡流损耗。
(2)通过两侧的定子铁芯形成共同磁路，充分利用了永磁体，在动子组件运动时，使整个电机磁路处于连通状态，降低了电机的磁阻力。
(3)通过使用无外壳的开放式结构，能够实现电机处于良好的散热条件下。
附图说明
图1为本发明双定子扁平型单相交流永磁直线发电机的整体立体结构示意图。
图2为本发明双定子扁平型单相交流永磁直线发电机的线圈骨架结构示意图。
图3为本发明双定子扁平型单相交流永磁直线发电机的定子铁芯结构示意图。
图4为本发明双定子扁平型单相交流永磁直线发电机的结构及磁路示意图。
图5为本发明双定子扁平型单相交流永磁直线发电机的推力特性图。
图中，1、电枢绕组，2、线圈骨架，3、定子铁芯，4、定子支架，5、电机支架，6、永磁体，7、滑动轴承，8、滑轨，9、动子支架，10、半闭口槽，41、安装槽。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机，包括支撑组件、设置在支撑组件内的动子组件，对称设置在支撑组件两侧的定子组件；
所述动子组件包括动子支架9和固定在动子支架9上的两个永磁体6；所述两个永磁体6的充磁方向相反，分别朝向两个定子组件；所述支撑组件内对称设有两个滑轨8；所述动子支架9两侧分别固定有滑动轴承7；所述滑动轴承7与对应侧的滑轨8配合，可沿滑轨8滑动；所述动子组件的滑动方向垂直于永磁体6的充磁方向。
所述定子组件包括电枢绕组1，线圈骨架2和定子铁芯3；所述定子铁芯3的两端设有线圈骨架2；所述电枢绕组1缠绕在线圈骨架2和定子铁芯3的内侧；
所述定子铁芯3与永磁体6之间设有间隙。
作为一种实施方式，所述定子铁芯3采用整块实心铁芯。
作为优选的，所述定子铁芯3由多个硅钢片叠压而成，叠压方向垂直于动子组件的滑动方向。
进一步的，所述线圈骨架2和定子铁芯3均呈山字形结构，山字形结构上设有两个半闭口槽10，所述电枢绕组1通过半闭口槽缠绕在线圈骨架2和定子铁芯3内。
进一步的，所述支撑组件包括电机支架5、定子支架4；所述电机支架5两侧均固定有两个定子支架4；所述定子支架4开有安装槽41，以卡入定子铁芯3。所述永磁体6和所述定子铁芯3之间由于存在磁力吸附，所述定子组件直接吸附在定子支架4的安装槽41内，无需螺栓连接。同时通过定子支架4将定子铁芯3与永磁体6隔开一定间隙。
所述动子支架9采用不锈钢或其他非磁性材料制造而成。制造而成，所述动子支架9和所述永磁体6的配合为过盈配合，该直线发电机采用开放式结构，无需安装外壳，散热条件优良。
从图4可以看出，两侧的定子铁芯形成共同磁路，充分利用了永磁体，在动子组件运动时，使整个电机磁路处于连通状态，降低了电机的磁阻力。
两个电枢绕组1采用并联连接或串联连接，是一种单相发电机。既可以作为发电机也可以作为电动机使用。
从图5可以看出，随着电枢绕组电流的增大，动子所受推力也随之增大。在电枢绕组1电流为0A时，该直线发电机的磁阻力在动子组件位移为±15mm范围内都接近于0，只有在动子组件位移为±15-20mm范围内有不超过100N的磁阻力，可以防止动子组件撞击电机支架5。

Claims (8)

1.一种双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，包括支撑组件、设置在支撑组件内的动子组件，对称设置在支撑组件两侧的定子组件；
所述动子组件包括动子支架(9)和固定在动子支架(9)上的两个永磁体(6)；所述两个永磁体(6)的充磁方向相反，分别朝向两个定子组件；所述动子组件可在支撑组件内水平滑动；滑动方向垂直于永磁体(6)的充磁方向；
所述定子组件包括电枢绕组(1)，线圈骨架(2)和定子铁芯(3)；所述定子铁芯(3)的两端设有线圈骨架(2)；所述电枢绕组(1)缠绕在线圈骨架(2)和定子铁芯(3)的内侧；
所述定子铁芯(3)与永磁体(6)之间设有间隙。
2.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，所述支撑组件内对称设有两个滑轨(8)；所述动子支架(9)两侧分别固定有滑动轴承(7)；所述滑动轴承(7)与对应侧的滑轨(8)配合，可沿滑轨(8)滑动。
3.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，所述定子铁芯(3)采用整块实心铁芯。
4.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，所述定子铁芯(3)由多个硅钢片沿滑轨(8)径向叠压而成，叠压方向垂直于动子组件的滑动方向。
5.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，所述线圈骨架(2)和定子铁芯(3)均呈山字形结构，山字形结构上设有两个半闭口槽(10)，所述电枢绕组(1)通过半闭口槽缠绕在线圈骨架(2)和定子铁芯(3)内。
6.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，所述支撑组件包括电机支架(5)、定子支架(4)；所述电机支架(5)两侧均固定有两个定子支架(4)；所述定子支架(4)开有安装槽(41)，以卡入定子铁芯(3)。
7.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，所述动子支架(9)采用非磁性材料制成。
8.根据权利要求1所述的双定子扁平型单相交流永磁直线电机，其特征在于，采用无外壳的开放式结构。
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