CN112688526B - 一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，包括：初级模块、电枢齿、磁障、铝镍钴永磁体、三相电枢绕组、脉冲绕组、脉冲绕组槽、次级铁芯、导磁齿和气隙；铝镍钴永磁体、三相电枢绕组、脉冲绕组和两并列电枢齿收容在每个初级模块中；三相电枢绕组跨绕在每初级模块并列的电枢齿空隙中，铝镍钴永磁体内嵌于相邻的电枢齿之间，永磁体沿轴向平行充磁；初级模块中铝镍钴永磁体的端部设有脉冲绕组槽，并缠绕在铝镍钴永磁体上。本发明将记忆电机的运行原理引入直线电机中，提高直线电机弱磁能力和高速运行区间，实现真正意义的气隙磁场可调；提高整个电机运行体系效率，降低能耗，提高能源利用率。

Description

一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机。

背景技术

在直线电机领域，磁通切换型永磁直线电机结构简单，可做双边对称磁路并联结构，不仅具有永磁电机的高功率密度和感应电机次级结构简单的双重优势，同时允许高效容错运行，若应用于轨道交通、导弹发射等场合，可大大降低系统成本。

然而，由于普通永磁材料的固有特性，直线电机内普通永磁体产生的磁场基本恒定，直线电机作为驱动或执行部件电动运行时调速范围十分有限。虽然混合励磁的应用实现了气隙磁场的可调节性，但是两种磁势源增加了电磁特性的复杂性，两磁通间的相互影响一定程度上影响了系统的可靠性，电机长时间运行过程中，励磁电流控制系统存在失败风险，频繁变换电机运行状态产生的反电动势极易造成外接功率部件的损坏，同时，存在增大励磁损耗，增加电机运行发热量等弱点。

永磁记忆电机是一种新型的磁通可变（可控）型永磁电机，采用低矫顽力铝镍钴永磁材料，通过脉冲电流产生磁场，改变低矫顽力永磁材料的磁化强度对气隙磁场进行在线调节，同时永磁材料的磁密水平具有被记忆的特点，可实现反复在线可逆充去磁，几乎无附加励磁损耗，受到国内外学者的广泛关注。

为了有效的提高直线电机运行的可靠性，减少工作中不必要的非线性输出，发明人在综合电机调速性能与稳定性能的基础上，提出本发明的电机结构。可有效提高整个机电系统的动力传递效率，保证直线电机较强的工作协调性和应用的广泛性。

发明内容

设计一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，将记忆电机的运行原理引入直线电机中，提高直线电机弱磁能力和高速运行区间，实现真正意义行的气隙磁场可调；提高整个电机运行体系效率，降低能耗，提高能源利用率。该电机的动力系统控制精度更高，协调性更强，具有较高的研究和实用价值。

一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，包括：初级模块（1）、电枢齿（1.1）、磁障（2）、铝镍钴永磁体（3）、三相电枢绕组（4）、脉冲绕组（5）、脉冲绕组槽（6）、次级铁芯（7）、导磁齿（7.1）和气隙（8），其特征在于：导磁齿（7.1）为凸极式；铝镍钴永磁体（3）为梯形结构；铝镍钴永磁体（3）、三相电枢绕组（4）、脉冲绕组（5）和两并列电枢齿（1.1）收容在每初级模块（1）中，每相邻初级模块（1）间设有磁障（2），依次排布的初级模块（1）组成直线电机初级，置于次级铁芯（7）外侧，电机初级和次级铁芯之间存在气隙（8）；三相电枢绕组（4）跨绕在每初级模块（1）并列的电枢齿（1.1）空隙中，铝镍钴永磁体（3）内嵌于相邻的电枢齿（1.1）之间，永磁体沿轴向平行充磁，相邻初级模块中永磁体的充磁方向相反；每初级模块中铝镍钴永磁体（3）的端部设有脉冲绕组槽（6），脉冲绕组（5）设置在脉冲绕组槽（6）中，并缠绕在铝镍钴永磁体（3）上。

所述初级和次级一个为运动部件，另一个为固定部件，可根据实际应用做单边或双边结构。

所述脉冲绕组（5）为集中绕组，每初级模块（1）中脉冲绕组（5）依次首尾串联成单项脉冲绕组，脉冲电流方向形成交替分布。

所述单边中三相电枢绕组（4）由依次排布（A+B+C）形式三相绕组串联组成，双边绕组间呈对称分布。

所述电枢齿（1.1）、次级铁芯（7）、导磁齿（7.1）为软磁材料，磁障（2）为不导磁材料。

本发明提出的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，可作为轨道交通、控制系统中的执行元件或驱动部件，初级采用模块化设计，便于加工和安装，次级结构简单，便于实现高速、高精度直线直接运动系统的驱动与控制。

本发明提出的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，可保证随时对永磁体进行在线反复不可逆充去磁，实现了气隙磁场的在线调磁，同时脉冲绕组只在非常短的时间内施加充、去磁电流，并根据所需工况及时调整充去磁参数以满足运行目标，可保证整个机电系统的动力传递效率。

本发明提出的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，脉冲绕组串联的结构保证了较小幅值的脉冲电流即可实现极少匝数的脉冲绕组的大范围调磁，且电励磁损耗相对较小。

本发明提出的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，针对不同的性能需求和应用目标，该电机可提供不同的参数指标，保证电机的设计柔性化，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中箭头方向表示永磁体的充磁方向。

图2是电机增磁运行，脉冲绕组正向激励对铝镍钴永磁体充磁且一个初级模块运动到A位置时，本发明电机的磁力线示意图。

图3是电机增磁运行，脉冲绕组正向激励对铝镍钴永磁体充磁且一个初级模块运动到B位置时，本发明电机的磁力线示意图。

图4是电机弱磁运行，脉冲绕组反向激励对铝镍钴永磁体弱磁且一个初级模块运动到A位置时，本发明电机的磁力线示意图。

图5是电机弱磁运行，脉冲绕组反向激励对铝镍钴永磁体弱磁且一个初级模块运动到B位置时，本发明电机的磁力线示意图。其中，图2-5中，虚线表示铝镍钴永磁体和电枢绕组混合励磁主磁力线及方向，实线表示调磁磁力线及方向。

图6是本发明中初级作为定子，次级作为动子时的电机结构示意图。

图7是本发明中初级作为动子，次级作为定子时的电机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，它包括：初级模块（1）、电枢齿（1.1）、磁障（2）、铝镍钴永磁体（3）、三相电枢绕组（4）、脉冲绕组（5）、脉冲绕组槽（6）、次级铁芯（7）、导磁齿（7.1）和气隙（8），其特征包括：导磁齿（7.1）为凸极式；铝镍钴永磁体（3）为梯形结构；铝镍钴永磁体（3）、三相电枢绕组（4）、脉冲绕组（5）和两并列电枢齿（1.1）收容在每初级模块（1）中，每相邻初级模块（1）间设有磁障（2），依次排布的初级模块（1）组成直线电机初级，置于次级铁芯（7）外侧，电机初级和次级铁芯之间存在气隙（8）；三相电枢绕组（4）跨绕在每初级模块（1）并列的电枢齿（1.1）空隙中，铝镍钴永磁体（3）内嵌于相邻的电枢齿（1.1）之间，永磁体沿轴向平行充磁，相邻初级模块中永磁体的充磁方向相反；每初级模块中铝镍钴永磁体（3）的端部设有脉冲绕组槽（6），脉冲绕组（5）设置在脉冲绕组槽（6）中，并缠绕在铝镍钴永磁体（3）上。

初级和次级一个为运动部件，另一个为固定部件，可根据实际应用做单边或双边结构。

脉冲绕组（5）为集中绕组，每初级模块（1）中脉冲绕组（5）依次首尾串联成单项脉冲绕组，脉冲电流方向形成交替分布。

单边中三相电枢绕组（4）由依次排布（A+B+C）形式三相绕组串联组成，双边绕组间呈对称分布。

电枢齿（1.1）、次级铁芯（7）、导磁齿（7.1）为软磁材料，磁障（2）为不导磁材料。

如图1所示，每一初级模块（1）中设有铝镍钴永磁体（3）永磁材料，铝镍钴永磁体（3）和三相电枢绕组（4）在激励电流作用下共同励磁提供气隙主磁场，脉冲绕组（5）在脉冲电流作用下起调磁作用；相邻初级模块（1）间磁障（2）保证了气隙磁场的聚磁效应，有效降低了端部漏磁和磁场分布不均匀的弱点。

结合图2、3、4、5所示，初级模块（1）中的磁通随运动位置不同而进行切换，初级模块（1）持续运行时，磁通周期性变换，由于初级动子和次级定子间凸极齿的交错性，实现了电-磁-机械间的能量转换。增磁时，如图2和3所示，铝镍钴永磁体（3）和脉冲绕组（5）在正向脉冲电流作用下，产生与主磁通相同方向的调磁磁通，调磁磁通将主磁通推向气隙磁场起聚磁增磁作用；弱磁时，如图4和5所示，铝镍钴永磁体（3）和脉冲绕组（5）在反向脉冲电流作用下，产生与主磁通相反方向的调磁磁通，即铝镍钴永磁体（3）被调磁磁通反向短路，使得气隙磁场衰减，达到弱磁效果。

如图6所示，初级作为定子，次级作为动子，应用于电磁弹射或短距离运输等驱动和执行部件，可提高驱动系统的带负载能力和功率密度，降低往复运动的冲击度。

如图7所示，初级作为动子，次级作为定子，若应用于轨道交通可保证低能耗下轨道车频繁加速、减速、骤停、起步和滑行等正常工作工况，提高机电转换效率，降低成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，包括：初级模块(1)、电枢齿(1.1)、磁障(2)、铝镍钴永磁体(3)、三相电枢绕组(4)、脉冲绕组(5)、脉冲绕组槽(6)、次级铁芯(7)、导磁齿(7.1)和气隙(8)，其特征在于：所述导磁齿(7.1)为凸极式；所述铝镍钴永磁体(3)为梯形结构；所述铝镍钴永磁体(3)、三相电枢绕组(4)、脉冲绕组(5)和两并列电枢齿(1.1)收容在每初级模块(1)中，每相邻初级模块(1)间设有磁障(2)，依次排布的初级模块(1)组成直线电机初级，置于次级铁芯(7)外侧，电机初级和次级铁芯之间存在气隙(8)；所述三相电枢绕组(4)跨绕在每初级模块(1)并列的电枢齿(1.1)空隙中，铝镍钴永磁体(3)内嵌于相邻的电枢齿(1.2)之间，永磁体沿轴向平行充磁，相邻初级模块中永磁体的充磁方向相反；所述每初级模块中铝镍钴永磁体(3)的端部设有脉冲绕组槽(6)，脉冲绕组(5)设置在脉冲绕组槽(6)中，并缠绕在铝镍钴永磁体(3)上；所述脉冲绕组(5)为集中绕组，每初级模块(1)中脉冲绕组(5)依次首尾串联成单项脉冲绕组，脉冲电流方向形成交替分布；所述电枢齿(1.1)、次级铁芯(7)、导磁齿(7.1)为软磁材料，磁障(2)为不导磁材料。

2.根据权利要求1所述的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，其特征在于：所述初级和次级一个为运动部件，另一个为固定部件，可根据实际应用做单边或双边结构。

3.根据权利要求2所述的一种磁通切换型可变磁通直线记忆电机，其特征在于：所述单边中三相电枢绕组(4)由依次排布(A+B+C)形式三相绕组串联组成，双边绕组间呈对称分布。