CN113556020B - 背靠背ω型定子横向磁通永磁直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，包括：上开口Ω型定子铁心，下开口Ω型定子铁心，永磁体、动子铁心和绕组；所述上开口Ω型定子铁心的轭部和下开口Ω型定子铁心的轭部一体成型，形成背靠背Ω型定子单体；每个背靠背Ω型定子单体的轭部缠绕有绕组；永磁体和动子铁心间隔排列形成聚磁式结构后置于背靠背Ω型定子单体左右两侧齿部中空位置；且动子铁心两侧永磁体充磁方向相反；当电机为单相结构时，每个背靠背Ω型定子单体沿电机运动方向等间距放置，相邻绕组的电流方向相反；为三相结构时，三个单相结构的电机沿电机运动方向排列，且每相结构依次间隔
Figure DDA0003167051640000011
本发明的电机各相间相互电磁解耦，本发明易于构建多相电机。

Description

背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机
技术领域
本发明属于横向磁通永磁直线电机领域。
背景技术
随着传统化石燃料的大量使用，地球上存储的化石能源急剧减少，全球变暖等环境问题成为人们生活中重要话题，人类急需寻找清洁能源和可再生能源来代替传统的化石燃料。电机作为一种极其重要的机电能量转换装置，在国民经济生活中扮演着重要的角色。
传统的永磁直线电机，由于定子齿截面与绕组槽截面位于同一平面，二者相互制约，使得电机的电负荷与磁负荷相互耦合，其磁场经过定子齿形成环路，定子齿截面面积越大，则等效磁阻越小，能够有效防止齿部饱合，从而提升电机的磁性能。然而，在电机体积不变的情况下，若想增大定子齿截面，则必须牺牲绕组槽截面，绕组槽截面变小将导致绕组安放空间减小，从而限制绕组的匝数，使得电机的电性能下降。
而横向磁通永磁直线电机，其磁场呈三维分布，与绕组处于不同的平面，可以同时兼顾绕组的截面积与定子齿的截面积，实现电路与磁路的解耦，从而提高电机的功率密度和推力密度。同时，横向磁通永磁直线电机参数设计灵活多变，多相容错能力强，因此横向磁通永磁直线电机在低速大推力密度的场合中具有广阔的应用前景。
但现有横向磁通永磁直线电机研究仍存在一些无法回避的问题：
1.磁路结构呈三维分布，模型建立复杂，计算分析数据量大。虽然理论上相比于传统结构永磁电机提高了转矩密度和功率密度，但围绕电机出力密度等性能提升的研究一直是此类电机领域的重要课题。
2.结构复杂，加工困难。只能通过优化电机空间得到新结构电机来提高电机出力密度，或者采用硅钢片特殊方向叠压的定转子结构以减少漏磁、提高永磁体利用率来降低电机加工难度。
发明内容
发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机。
技术方案：本发明提供了一种背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，包括：上开口Ω型定子铁心，下开口Ω型定子铁心，永磁体和动子铁心；所述上开口Ω型定子铁心的轭部和下开口Ω型定子铁心的轭部一体成型，形成背靠背Ω型定子单体；每个背靠背Ω型定子单体的轭部缠绕有绕组，且相邻绕组的电流相反；所述动子铁心的宽度与背靠背Ω型定子单体左右两侧齿部的宽度相等；永磁体和动子铁心间隔排列形成聚磁式结构后置于背靠背Ω型定子单体左右两个齿部中空位置；且动子铁心两侧永磁体充磁方向相反；
当该背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机为单相结构时，包括两个背靠背Ω型定子单体，该两个背靠背Ω型定子单体沿电机的运动方向放置，该两个背靠背Ω型定子单体之间的间距为一个极距；初始位置上动子铁心与背靠背Ω型定子单体的齿部对齐；
当该背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机为三相结构时，将三个单相结构沿电机运动方向排列，且每个单相结构之间间隔为
Figure RE-GDA0003269808020000021
τ为电机极距。
进一步的，所述上开口Ω型定子铁心、下开口Ω型定子铁心由硅钢片沿电机运动方向叠制而成，动子铁心由硅钢片沿绕组法线方向叠制而成。
进一步的，永磁体采用钕铁硼材料制作而成。
进一步的，永磁体和动子铁心间隔排列形成聚磁式结构后固定在动子支架上，所述动子支架使得永磁体和动子铁心间隔排列后形成的聚磁式结构能够在背靠背Ω型定子单体左右两个齿部中空位置中灵活移动。
有益效果：
1、本发明电机动子铁心和永磁体交替放置的夹层结构有利于电机聚磁，从而增加电机的磁场强度。且本发明的电机各相间相互解耦，易于构建多相电机。
2、本发明的电机绕组与磁路在结构上相互独立，可单独调整绕组截面积和磁路截面积来提高电机的推力密度和功率密度。
3、本发明的电机的定子、动子由硅钢片制成，能有效减少铁心内部涡流损耗，从而提高电机的效率。
附图说明
图1为本发明的单相电机结构示意图。
图2为本发明的单相电机磁通原理示意图。
图3为本发明的三相结构示意图。
图4为本发明的动子支架示意图。
附图标记说明：1、上开口Ω型铁心；2、永磁体；3、动子铁心；4、下开口Ω型铁心；5、绕组；6、动子支架。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图1所示，一种背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，该横向磁通永磁直线电机包括上开口Ω型铁心1、永磁体2、动子铁心3、下开口Ω型铁心4、绕组5；所述上开口Ω型铁心1和下开口Ω型铁心2，由硅钢片制成，其铁心轭部一体成型，形成一种背靠背Ω型定子单体。其背靠背Ω型定子单体间隔放置在电机运动的方向上，且每一个背靠背Ω型定子单体轭部缠绕单个绕组5，相邻绕组电流方向相反；所述永磁体2和动子铁心3间隔放置以形成聚磁式结构；背靠背Ω型定子单体左右两侧齿部分别对其两个动子铁心3，相邻的动子铁心3中嵌入永磁体2，保证动子铁心3前后两侧永磁体2的充磁方向相反，背靠背Ω型定子单体左右两侧齿下对应的动子铁心3磁通方向也相反。
本发明的一个实施例，永磁体2采用钕铁硼材料制成。
本发明的一个实施例，所述上开口Ω型定子铁心和下开口Ω型定子铁心均由硅钢片沿电机运动方向叠制而成。动子铁心由硅钢片沿绕组法线方向叠制而成。
单相背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机的磁通示意图如图2所示，可见，磁通依次经过永磁体→动子铁心→气隙→背靠背Ω型定子单体→气隙→动子铁心→永磁体→动子铁心→气隙→背靠背Ω型定子单体→气隙→动子铁心→永磁体，形成一条闭合的三维磁路。当该电机空载运行时，动子部分中的永磁体位置会随电机运动发生改变，使得与绕组相交链的磁链发生改变，从而在绕组中感生出反电势。当该电机负载运行时，绕组中通入电流产生的磁通流过背靠背Ω型定子单体齿部，并与永磁体产生的磁通相互作用，产生推动动子直线运动的推力。
图1，2所示背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机的单相结构，只能单相运行，两个背靠背Ω型定子单体构成一个单相结构；两个背靠背Ω型定子单体之间的距离为一个极距；如果该电机需三相运行，则需要一个三相结构，如图3所示，考虑到该电机绕组和铁心的特殊性，故该电机三相结构是将单相结构电机运动方向放置，使得每相结构之间间隔
Figure RE-GDA0003269808020000041
本发明的一个实施例，如图4所示，永磁体和动子铁心间隔排列形成聚磁式结构后通过动子支架6固定设置在背靠背Ω型定子单体的左右两个齿部中空位置，且能够在背靠背Ω型定子单体的左右两个齿部中空位置处灵活移动。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本适用发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，包括：上开口Ω型定子铁心，下开口Ω型定子铁心，永磁体和动子铁心；所述上开口Ω型定子铁心的轭部和下开口Ω型定子铁心的轭部一体成型，形成背靠背Ω型定子单体；每个背靠背Ω型定子单体的轭部缠绕有绕组，且相邻绕组的电流相反；所述动子铁心的宽度与背靠背Ω型定子单体左右两侧齿部的宽度相等；永磁体和动子铁心间隔排列形成聚磁式结构后置于背靠背Ω型定子单体左右两个齿部中空位置；且动子铁心两侧永磁体充磁方向相反；
当该背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机为单相结构时，包括两个背靠背Ω型定子单体，该两个背靠背Ω型定子单体沿电机的运动方向放置，该两个背靠背Ω型定子单体之间的间距为一个极距；初始位置上动子铁心与背靠背Ω型定子单体的齿部对齐；
当该背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机为三相结构时，将三个单相结构沿电机运动方向排列，且每个单相结构之间间隔为
Figure FDA0003167051610000011
τ为电机极距。
2.根据权利要求1所述的背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述上开口Ω型定子铁心和下开口Ω型定子铁心均由硅钢片沿电机运动方向叠制而成，动子铁心由硅钢片沿绕组法线方向叠制而成。
3.根据权利要求1所述的背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，永磁体采用钕铁硼材料制作而成。
4.根据权利要求1所述的背靠背Ω型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，永磁体和动子铁心间隔排列形成聚磁式结构后固定在动子支架上，所述动子支架使得永磁体和动子铁心间隔排列后形成的聚磁式结构能够在背靠背Ω型定子单体左右两个齿部中空位置中灵活移动。
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