CN114865876A - 一种铁心磁路复用的直线电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铁心磁路复用的直线电机，将铁心磁路复用为多组多相电机绕组产生的电磁场的公共通道，能够满足超大功率、超高速度的牵引需求。铁心磁路复用的直线电机，包括：铁心及多组多相电机绕组，通过每一组多相电机绕组产生对应的电磁场，将铁心作为所有电磁场的磁路复用通道。

Description

一种铁心磁路复用的直线电机

技术领域

本发明涉及电气传动与自动化领域，特别是涉及一种铁心磁路复用的直线电机。

背景技术

目前，我国将内燃机混合动力、混合动力列车、高速磁浮列车、船舶电力综合系统及电力推进系统、混合动力电飞机及纯电飞机等列为重点科研方向，为电磁场深度利用提供了重大需求。

对于直线运动系统，直线电机是驱动的重要动力源之一，直线电机可以直接将电能转换成直线运动形式的机械能。直线电机目前主要应用于伺服系统，传送与搬运装置，工业自动化，以及交通运输车辆牵引之中。利用直线电机高速、大推力的特点，可以用于导弹、火箭冷发射，可以用电磁炮，可以用于磁悬浮列车。直线电机驱动装置和其它非直线电机驱动装置相比，具有以下一些优点：

a、直线电机驱动的传动装置，无中间转换机构，可直接产生推力，系统装置简化，即可以保证运行的可靠性，亦可以降低制造成本，便于维护。

b、直线电机驱动装置驱动过程中，电能直接转换成电磁推力，且运动过程中可以无机械接触，传动零部件无磨损，很大程度上减小了机械损耗。

c、直线电机驱动过程可以无机械接触，因而没有旋转电机传动过程中，钢绳、齿条、传送带等中间转换机构产生的噪音污染。

d、旋转电机运行过程受到离心力作用，运行速度受到限制，而直线电机驱动系统驱动过程中无离心力作用，因而直线速度不受到限制。

f、直线电机结构简单，初级铁心嵌线后可以用环氧树脂等材料密封成整体，以便于在特殊场合中使用。如潮湿性、腐蚀性、有害性环境等。

g、直线电机初级铁心和绕组端部裸露于空气中，散热面积大，散热效果好，无需另外添加冷却装置。

因此，随着电力电子技术和控制技术的发展日趋成熟，以直线电机为核心的电磁推进系统已经成为世界各国竞相研究开发的重点。

但是，直线电机仍然会受到电力电子器件最高工作频率限制和最大功率限制，使得超大功率和超高速度的直线牵引无法实现。

发明内容

本发明的目的是提供了一种铁心磁路复用的直线电机，将铁心磁路复用为多组多相电机绕组产生的电磁场的公共通道，能够满足超大功率、超高速度的牵引需求。

本发明第一方面提供一种铁心磁路复用的直线电机，包括：

铁心及多组多相电机绕组；

通过每一组多相电机绕组产生对应的电磁场；

将铁心作为所有电磁场的磁路复用通道。

进一步的，电磁场的频率、幅值及相位，在磁路复用通道中自由传递。

进一步的，铁心包括：

磁路复用定子铁心、磁路复用动子铁心，磁路复用定子铁心包括单边、双边和多边。

进一步的，应用于超大功率牵引系统，

通过增加多相电机绕组的组数和单组多相电机绕组的输入功率，使得超大功率牵引系统的总功率升高。

进一步的，应用于超大功率牵引系统，

当不增加多相电机绕组的组数时，通过增加单组电机绕组的输入功率，使得超大功率牵引系统的总功率升高。

进一步的，应用于超大功率牵引系统，

当不增加单组多相电机绕组的输入功率时，通过增加多相电机绕组的组数，使得超大功率牵引系统的总功率升高。

进一步的，应用于超高速度牵引系统，

通过调整直线电机极距、多相电机绕组的输入电压电流频率，使得超高速度牵引系统的最高速度提高；

或，

当不增大直线电机极距时，通过增加多相电机绕组的输入电压电流频率，使得超高速度牵引系统的最高速度提高，输入电压电流频率存在频率上限值；

或，

当不增加多相电机绕组的输入电压电流频率时，增大直线电机极距，使得超高速度牵引系统的最高速度提高，直线电机极距存在极距上限值；

或，

通过增加多相电机绕组的相数，提高极距上限值，进而提高超高速度牵引系统的最高速度。

由此可见，本发明的铁心磁路复用的直线电机包括铁心及多组多相电机绕组，通过每一组多相电机绕组产生对应的电磁场，将铁心作为所有电磁场的磁路复用通道。将铁心磁路复用为多组多相电机绕组产生的电磁场的公共通道，能够满足超大功率、超高速度的牵引需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的铁心磁路复用的直线电机的结构示意图。

具体实施方式

本申请公开了一种铁心磁路复用的直线电机，将铁心磁路复用为多组多相电机绕组产生的电磁场的公共通道，能够满足超大功率、超高速度的牵引需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参考图1，本发明实施例提供一种铁心磁路复用的直线电机，包括：

铁心及多组多相电机绕组；

通过每一组多相电机绕组产生对应的电磁场；

将铁心作为所有电磁场的磁路复用通道。

可选的，本发明的一些实施例中，所有电磁场的频率、幅值及相位，在磁路复用通道中自由传递。

可选的，本发明的一些实施例中，铁心包括磁路复用定子铁心、磁路复用动子铁心，磁路复用定子铁心包括单边、双边和多边。

具体对图1的构成进行说明，其中1表示单边磁路复用定子铁心，2表示单边磁路复用定子铁心，3表示多组多相电机绕组，4表示动子，5表示动子磁路复用永磁体，6表示磁力线；

①第一组电机绕组，②第二组电机绕组，

第m组电机绕组；

⑴.第一相电机绕组，⑵.第2相电机绕组，⑶.第三相电机绕组，(n-1).第n-1相电机绕组，(n)第n相电机绕组，τ’直线电机极距，τ'为直线电机槽距；

既可以实现直线电机各多相电机绕组的电磁场的函数耦合，又避免了各电磁场的电路直接干扰，理论上具有无限的功率电磁场函数传递性能。

由公式

P表示直线电机的总功率，P_i表示第i(i＝1,2,3,…m)组电机绕组的输入功率。

对于超大功率牵引系统应用场合，不增加多相电机绕组的数量m的情况下，可通过增加单组多相电机绕组的输入功率P_i，达到增加总功率P的目的；

在不增加单组电机绕组的输入功率P_i情况下，也可以通过增加多相电机绕组的数量m，也可以达到增加总输入功率P的目的。

也可以通过增加单组多相电机绕组的输入功率P_i，同时增加多相电机绕组的数量m，达到增加总输入功率P的目的。

对于超高速度牵引应用场合，由公式V＝2τf，V表示直线电机的运行速度，τ表示直线电机极距，f表示输入电压电流频率；

其中，τ＝n*τ'，τ'为直线电机槽距，n为电机绕组的相数。

如果需要增加超高速度牵引系统的最高速度，即增加直线电机的运行速度V，那么可以通过以下方式实现：

(一)、调整直线电机极距τ、多相电机绕组的输入电压电流频率f，使得超高速度牵引系统的最高速度提高；

或，

(二)、当不增大直线电机极距τ时，通过增加多相电机绕组的输入电压电流频率f，使得超高速度牵引系统的最高速度提高，输入电压电流频率f存在频率上限值；

或，

(三)、当不增加多相电机绕组的输入电压电流频率f时，增大直线电机极距τ，使得超高速度牵引系统的最高速度提高，直线电机极距τ存在极距上限值；

但是在以上(一)和(三)中增大直线电机极距τ来提高电机速度，但是直线电机极距τ存在极距上限值，超过极距上限值将使电机的牵引力波动随之增加；而单纯的增加f来提高电机速度容易触及变流器工作频率极限和电机工作频率极限，可能仍然达不到目的；

(四)、按照公式τ＝n*τ'，可以通过增加多相电机绕组的相数n的方式，来提高直线电机极距τ的极距上限值，由于极距上限值提高了，那么超高速度牵引系统的最高速度也能相应的提高。实现了在不增大f情况下，可以通过增加所有多相电机绕组的相数n，同时保持电机极距τ'在限值之内(牵引力波动在限值之内)，来达到增加极距τ、增大最高速度的目的。

需要说明的是，本发明不适用于无铁心应用的直线电机驱动系统。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种铁心磁路复用的直线电机，其特征在于，包括：

铁心及多组多相电机绕组；

通过每一组多相电机绕组产生对应的电磁场；

将所述铁心作为所有电磁场的磁路复用通道。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述电磁场的频率、幅值及相位，在所述磁路复用通道中自由传递。

3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述铁心包括：

磁路复用定子铁心、磁路复用动子铁心，所述磁路复用定子铁心包括单边、双边和多边。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的直线电机，其特征在于，应用于超大功率牵引系统，

通过增加所述多相电机绕组的组数和单组所述多相电机绕组的输入功率，使得所述超大功率牵引系统的总功率升高。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的直线电机，其特征在于，应用于超大功率牵引系统，

当不增加所述多相电机绕组的组数时，通过增加单组所述电机绕组的输入功率，使得所述超大功率牵引系统的总功率升高。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的直线电机，其特征在于，应用于超大功率牵引系统，

当不增加单组所述多相电机绕组的输入功率时，通过增加所述多相电机绕组的组数，使得所述超大功率牵引系统的总功率升高。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的直线电机，其特征在于，应用于超高速度牵引系统，

通过调整直线电机极距、所述多相电机绕组的输入电压电流频率，使得所述超高速度牵引系统的最高速度提高；

或，

当不增大直线电机极距时，通过增加所述多相电机绕组的输入电压电流频率，使得所述超高速度牵引系统的最高速度提高，所述输入电压电流频率存在频率上限值；

或，

当不增加所述多相电机绕组的输入电压电流频率时，增大直线电机极距，使得所述超高速度牵引系统的最高速度提高，所述直线电机极距存在极距上限值；

或，

通过增加所述多相电机绕组的相数，提高所述极距上限值，进而提高所述超高速度牵引系统的最高速度。

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