CN110880856A

CN110880856A - 滑动磁阻电机

Info

Publication number: CN110880856A
Application number: CN201911286738.8A
Authority: CN
Inventors: 吴官举
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-14
Filing date: 2019-12-14
Publication date: 2020-03-13

Abstract

本发明公开一种提供切向拖动力的旋转磁阻电机，由可旋转的多凸极电磁铁和宽阔平坦的软磁轨道组成。旋转结构的磁轭固定在转轴上，所有凸极面是个与轴同心的柱面，电枢绕组缠绕其上，凸极均匀分布且不少于四个。转轴平行轨道面，所有凸极旋转时都能抵近该面。旋转结构只有轨道面法线一边45°张角区域内的凸极工作时，能给转轴提供沿轨道面的切向驱动分量；法线另一边45°区域内凸极也工作且不转动时能阻尼制动。本发明适合给软磁材料表面运动的系统做动力辅助控制，如转向、制动及辅助牵引等，可以多个电机共同使用，多个旋转结构可以共用一个轨道结构，尤其适合给直线或轨道磁差电机做变轨和制动辅助动力。

Description

滑动磁阻电机

技术领域

本发明公开一种磁阻电机设计方案，涉及电动机领域。

背景技术

中国专利申请2019112854439提出的电机方案里包含一种直线电动机，电机的主体结构可以在软磁材料轨道结构上滑行，两者可以分离不接触，该电机是利用轨道结构厚度变化导致磁导能力变化进来驱动。轨道结构的特点是，滑动面是光滑平面或光滑曲面，而其背面则是周期凸凹起伏的曲面。该电机可应用于轨道交通，直行的驱动控制性能良好，但轨道交通为运行效率及节省空间和成本，不免多个载具在同一轨道上运行，必然会产生交会错位和变轨靠边停顿以接驳等需求。上述电机前进依赖轨道结构材料厚度变化，轨道结构成型后就注定了电机方向只能是固定的，无法应对变轨需求。

发明内容

直线电机变轨需要一个侧向驱动力，然磁差电机对磁路要求比较苛刻，破坏轨道结构软磁材料的任何属性就意味着电机磁路的改变，影响直线电机性能，那么只能是不破坏轨道结构的软磁材料，即侧向驱动力必须共用这个轨道结构的软磁材料。注意到，上述电机如果可以变轨，那么轨道结构必然加宽，滑动面就是个光滑平坦宽阔的面，对于轨道交通成本是合算的，因为轨道结构只是软磁材料，可由硅钢制成。而直线磁差电机磁路空间区域大小几乎是不变的，就是说需要变轨能力的磁差电机工作时的每个时刻，轨道结构除了工作磁路占用固定大小的空间区域外，还有大部分闲置，主体结构周围一圈都可能闲置。

对上述情况，该直线电机变轨所需侧向驱动力最合理的方案就是采用电磁铁拖动，不伤轨道结构也利用了闲置空间。同时为满足侧面双向变轨需求，本人设计了一款提供切向拖动力的旋转磁阻电机。

本发明的磁阻电机由可分离运动的两部分构成：一部分是由电磁铁组成的旋转结构，另一部分是只由软磁材料组成的轨道结构。旋转结构是轮换凸极工作的电磁铁固定在转轴上，其磁轭须有四个及以上的凸极，八个及以上为佳，电枢线圈缠绕在凸极上。所有凸极相同且均匀分布在一个与轴同心的圆周上，所有凸极的端面也都落在一个中心线是轴线的圆柱面内。轨道结构以求与前述案例电机共用，可能由不同数量和属性的软磁材料拼接而成，所以几何尺寸一般较旋转结构大很多，其面向旋转结构的表面必然是平坦的，是光滑平面或者是曲率很大的光滑曲面，非面向旋转结构的表面没有形状要求，不过轨道结构厚度必须满足旋转结构电磁铁的磁路需求。装配时，旋转轴线须平行轨道结构上述平坦表面，凸极电磁铁的端面需能抵近该表面，接触或者贴近，工作时旋转结构轴心与轨道结构保持距离稳定。但所有凸极电磁铁不能同时工作，只可以在约45°角的固定空间区域内工作，因为只有面向轨道结构平坦表面的90°角区域内的电磁铁才能提供有效吸引力，而牵引方向只能是一个。所以该区域角度的一个边是上述轨道面法向起点与旋转轴心之间的半径，另一边是前进方向上与该半径成45°张角的半径，该相位处是每个电磁铁凸极起始工作位置，而前述法向垂直半径是停止工作的位置。同一时刻都处于该45°角区域的凸极电磁铁之间须依序形成闭合磁路循环，即相邻凸极同时工作时磁性相反。电磁铁的凸极接近法向时提供切向粘滞力，而稍远的工作凸极提供一个切向拉力分量，推动旋转结构轴心沿轨道结构表面滑动。

附图1是本发明六极电机示例轴切面原理图，图中轨道结构以局部为代表，工作区指的是提供前进拖动力方向电磁铁凸极的工作区，即前述45°角空间区域。附图2是该电机侧向俯视图，图中轨道结构以局部为代表，以展示电机装配状态。

可以看出，本发明的磁阻电机本身效率欠佳，牺牲了一部分旋转力矩换较取小的拖动功率，不太适合作为高效主驱动力，只适合作为辅助动力和控制驱动。

它首先是两部分结构分离的，而且旋转结构轴线与轨道面距离小幅度可以调节，非常适合调控两部分不能接触或者分离的结构，比如磁悬浮和直线电机。

其次，它动力是灵活的。保持轨道面法向所指电磁铁强大吸附力，而相邻凸极对轨道面较远和较小的吸附力，那么就可以提供持续稳定的切向拖动力。而变化角度，就看他调整力的大小。应该注意到，凸极越靠近轨道面法向，吸附力切向分量越小，所以合理设计电磁铁凸极之间的张角或者凸极数目。当然电磁铁凸极旋转轮换工作也能提供切向拖动力，但是是波动的驱动力，控制难度较高。

另外，它的调向是即时的，可以随时立刻切换到相反方向。因为是旋转结构，一个前进方向工作区必然在轨道面法向另一边有个镜像共轭区，共轭区随时备用。

最后，它可以提供系统制动阻尼。如前述一对共轭区的电磁铁同时工作且不发生转动，那么就会对轨道面更强大吸附粘滞力，系统要拖动旋转轴承滑行就得消耗更多能量。

总得说来，本发明的磁阻电机不太适合高频高速高效场合，但非常适合给软磁材料表面运动的系统做动力辅助控制，如转向、制动及辅助牵引等。可以多个电机共同使用，还可以多个旋转结构共用一个轨道结构。一些表面性状无关紧要的场合可以铺设软磁材料表层也可适用，如仓储转运、投递对接、恒力拖拽等。

特别是，本发明的磁阻电机与其他电机共用轨道结构时候，可以提供变轨能力。尤其是轨道结构绵长或宽阔的直线或轨道磁差电机，它们可以共用同一个软磁轨道结构，在同一光滑表面运行，磁路彼此分开即可，两电机的动力方向延申能相交即可实现变轨。拥有变轨能力的直线电机可以多载具、大容量地提高物流带宽，高效地用于物流传送、轨道交通、高楼电梯、平台控制与推射等。

Claims

1.本发明公开一种产生切向拖动力的旋转磁阻电机，由可分离运动的两部分构成：一部分是由电磁铁组成的旋转结构，另一部分是只由软磁材料组成的轨道结构，这两部分接触或者贴近，工作时须保持相对位置稳定；旋转结构是软磁材料固定在转轴上，有四个及以上的凸极，电枢线圈缠绕在凸极上；所有凸极相同且均匀分布在一个与轴同心的圆周上，所有凸极的端面也都落在一个中心线是轴线的圆柱面内；轨道结构几何尺寸一般较旋转结构大很多，其面向旋转结构的表面是光滑平面或者是曲率很大的光滑曲面；装配时，旋转轴线须平行轨道结构上述表面，凸极电磁铁的端面需能抵近该表面；所有凸极电磁铁不能同时工作，只可以在约45°角的固定空间区域内工作，该区域角度的一个边是上述轨道面法向起点与旋转轴心之间的半径，另一边是前进方向上与该半径成45°张角的半径，该相位处是每个电磁铁凸极起始工作位置，而前述法向垂直半径是停止工作的位置；同一时刻都处于该45°角区域的凸极电磁铁之间须依序形成闭合磁路循环，即相邻凸极同时工作时磁性相反；电磁铁的凸极接近法向时提供切向粘滞力，而稍远的工作凸极提供一个切向拉力分量，推动旋转结构轴心沿轨道结构表面滑动。

2.根据权利要求1所述电机，其轨道结构可由不同数量和属性的软磁材料拼接而成，厚度须满足电磁铁磁路需求，适宜即可，对轨道结构非面向旋转结构的表面没有形状要求。

3.根据权利要求1或2所述的电机，牵引方向可以在轨道面法向两边即时切换，变换工作区即可。

4.根据权利要求1或2所述的电机，轨道面法线所平分的90°张角区域内的电磁铁凸极同时工作且不转动时可以为旋转轴提供滑行制动阻尼。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的电机，多个电机共同使用时，可以多个旋转结构共用一个轨道结构。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的电机，可以为其他直线电机提供变轨和制动能力，尤其是轨道结构绵长或宽阔的直线或轨道磁差电机，它们可以共用同一个软磁轨道结构，在同一光滑表面运行，磁路彼此分开，动力不同向或反向即可实现变轨。