CN115603478A - 互补式双边直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于直线电机技术领域，尤其涉及一种互补式双边直线电机，包括第一主定子、第二主定子、辅助定子和动子组件，第一主定子包括第一铁心、第一L型定子齿、第一绕组；第二主定子也包括第二铁心、第二L型定子齿和第二绕组；辅助定子设置在第一主定子和第二主定子之间，第一主定子与第二主定子以辅助定子为中心点中心对称；动子组件设置在辅助定子与第一主定子之间和辅助定子和所述第二主定子之间。根据本发明的第一主定子和第二主定子上都设置有L型定子齿，第一L型定子齿的开口方向和第二L型定子齿的开口方向相反，从而形成互补式结构，使得推力波动的两个波形可以重叠抵消，削弱了推力波动，达到降低直线电机定位力的效果。

Description

互补式双边直线电机

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，尤其涉及一种互补式双边直线电机。

背景技术

随着工业的发展，直线电机得到广泛的应用。采用直线电机驱动可以省去传统的旋转电机，把旋转运动转换为直线运动的机械齿轮。可以降低成本，较小噪声，降低系统体积，减低维护成本。特别是直线电机直驱电梯作为一种新型电梯驱动模式，省去了缆绳和变速齿轮等，运行效率高，噪声小。前几年，直线电机被作为研究热点主要应用于高层建筑物中，多采用直齿轮牵引和磁悬浮技术。直齿轮牵引技术由于采用齿轮啮合传动，其传动平稳程度有待提高，特别是在齿轮磨损的条件下，其撞击声、啮合声较为严重；而磁悬浮技术，则需要较高的成本，无法实现民用化。随着近年国家政策的提出，使得直线电机应用于居民建筑成为可能

永磁直线电机以其简单的结构、高输出功率以及低造价等优势非常适合无绳提升系统这类长行程应用场合。然而，无绳电梯系统所有的动力主要来源于直线电机，且电梯井道空间有限，该系统对于直线电机的推力密度、推力波动、动子响应以及整体尺寸具有严格的要求。传统动圈式永磁直线电机其线圈随动子一起运动，导致动子质量大、响应速度慢、推力波动大，而动磁式永磁直线电机需要一个固定的长电枢，电枢绕组用铜量大，导致损耗和功率较高。如何在满足高输出功率的前提下，设计一款推力波动小，气隙磁通密度以及功率因数高的永磁直线电机拓扑结构是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是至少解决直线电机推力波动大的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种互补式双边直线电机，包括：

第一主定子，所述第一主定子包括第一铁心、第一L型定子齿和第一绕组，所述第一L型定子齿和所述第一绕组均设置在所述第一铁心上，所述第一绕组的两侧分别贴合有所述第一L型定子齿；

第二主定子，所述第二主定子包括第二铁心、第二L型定子齿和第二绕组，所述第二L型定子齿和所述第二绕组均设置在所述第二铁心上，所述第二绕组的两侧分别贴合有所述第二L型定子齿；

辅助定子，所述辅助定子设置在所述第一主定子和所述第二主定子之间，所述第一主定子与所述第二主定子以所述辅助定子为中心点中心对称设置；

动子组件，所述动子组件包括第一动子和第二动子，所述第一动子设置在所述辅助定子靠近所述第一主定子的一侧，所述第二动子设置在所述辅助定子靠近所述第二主定子的一侧。

根据本发明的第一主定子和第二主定子上都设置有L型定子齿，第一L型定位齿和第二L型定位齿有以辅助定子为中心点中心对称设置，第一L型定子齿的开口方向和第二L型定子齿的开口方向相反，从而形成互补式结构，使得推力波动的两个波形可以重叠抵消，削弱了推力波动，达到降低直线电机定位力的效果。

另外，根据本发明的互补式双边直线电机，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述第一L型定子齿和所述第二L型定子齿均包括定子本体和凸起，所述定子本体朝向所述辅助定子的端面的一端设有所述凸起，所述凸起与所述端面之间形成L型。

在本发明的一些实施例中，所述凸起为镂空的矩形结构。

在本发明的一些实施例中，所述第一主定子和所述第二主定子均为一体式结构。

在本发明的一些实施例中，所述第一动子与所述第一主定子之间的气隙和所述第二动子与所述第二主定子之间的气隙均为1mm-2mm。

在本发明的一些实施例中，所述第一动子与所述辅助定子之间的气隙和所述第二动子与所述辅助定子之间的气隙均为0.5mm-1mm。

在本发明的一些实施例中，所述动子组件还包括动子支架，所述第一动子和所述第二动子通过所述动子支架固定在所述辅助定子的两侧。

在本发明的一些实施例中，所述第一动子和所述第二动子均包括若干沿所述动子组件的运动方向依次排列的多个永磁体。

在本发明的一些实施例中，所述互补式双边直线电机还包括冷却组件，所述冷却组件设置在所述第一主定子和所述第二主定子上。

在本发明的一些实施例中，所述第一主定子和所述第二主定子均为模块化结构，所述第一主定子的最小模块至少包括4个所述第一L型定子齿、1个所述第一铁心、2个所述第一绕组和1组所述冷却组件；

所述第二主定子的最小模块至少包括4个所述第二L型定子齿、1个所述第二铁心、2个所述第二绕组和1组所述冷却组件。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的互补式双边直线电机的结构示意图。

附图标记如下：

10为第一主定子，11为第一L型定子齿，111为第一定子本体，112为第一凸起，12为第一绕组，13为第一铁心；

20为第二主定子，21为第二L型定子齿，211为第二定子本体，212为第二凸起，22为第二绕组，23为第二铁心；

30为气隙组，31为第一主定子和第一动子之间的气隙，32为第二主定子和第二动子之间的气隙，33为第一动子和辅助定子之间的气隙，34为第二动子和辅助定子之间的气隙；

40为动子组件，41为第一动子，42为第二动子，43为动子支架；

50为辅助定子；

60为冷却组件，61为冷却管。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，根据本发明的实施方式，提出了一种互补式双边直线电机，包括了第一主定子10、第二主定子20、辅助定子50和动子组件40，其中第一主定子10包括第一铁心13、第一L型定子齿11和第一绕组12，第一L型定子齿11和第一绕组12均设置在第一铁心13上，第一绕组12的两侧分别贴合有第一L型定子齿11，第二主定子20的结构和第一主定子10的结构相同，第一主定子10与第二主定子20以辅助定子50为中心点中心对称设置，因此，第二主定子20也是具有第二铁心23、第二L型定子齿21和第二绕组22的，第二L型定子齿21和第二绕组22均设置在第二铁心23上，第二绕组22的两侧分别贴合有第二L型定子齿21，那么意味着第一L型定子齿11的L型开口方向和第二L型定子齿21的L型开口方向相反。辅助定子50设置在第一主定子10和第二主定子20之间。动子组件40设置在辅助定子50和第一主定子10之间和辅助定子50和第二主定子20之间。本实施方式中第一主定子10和第二主定子20上都设置有L型定子齿，第一L型定位齿11和第二L型定位齿21以辅助定子50为中心点中心对称设置，第一L型定子齿11的开口方向和第二L型定子齿21的开口方向相反，从而形成互补式结构，使得推力波动的两个波形可以重叠抵消，削弱了推力波动，达到降低直线电机定位力的效果。

可以理解的是，第一主定子10和第二主定子20之间的材料和结构均相同，第一主定子10和第二主定子20采用硅钢片材料沿轴向方向叠压而成或采用软磁复合材料形成一体式结构。

可以理解的是，第一绕组12和第二绕组22均采用集中绕组结构，绕组材料为铜线或者利兹线，利用树脂支架进行固定。

可以理解的是，第一L型定子齿11包括第一定子本体111和第一凸起112，第一定子本体111朝向辅助定子50的端面的一端设有第一凸起112，第一凸起112是靠近第一定子本体111的一侧设置，形成L型。第一定子本体111和第一凸起112为一体化结构。第二L型定子齿21的结构和第一L型定子齿11的结构相同，包括第二定子本体211和第二凸起212。如果第一主定子10的开口朝向水平方向的右侧，那么第二主定子20的开口就是朝向水平方向的左侧，反之如果第一主定子10的开口朝向水平方向的左侧，那么第二主定子20的开口朝向水平方向的右侧也是可以的。

具体的，凸起的具体形状为矩形结构，矩形结构为镂空设计，并且凸起的宽度要小于定子本体的宽度。

具体的，动子组件40包括第一动子41和第二动子42，第一动子41设置在辅助定子50靠近第一主定子10的一侧，第二动子42设置在辅助定子50靠近第二主定子20的一侧。

具体的，动子组件40还包括动子支架43，第一动子41和第二动子42通过动子支架43固定在辅助定子50的两侧。动子支架43可以采用铝合金材质，无需使用钢制的磁轭板，大幅降低了互补式双边直线电机的体积与质量，提高了互补式双边直线电机的输出性能。

可以理解的是，动子组件40与第一主定子10和第二主定子20之间的气隙均为1-2mm，即第一主定子10和第一动子41之间的气隙31为1-2mm，第二主定子20和第二动子42之间的气隙32也为1-2mm。动子组件40与第一主定子10和第二主定子20之间设置的气隙可以进一步削弱推力波动，降低直线电机定位力的效果。

可以理解的是，第一动子41和辅助定子50之间的气隙33为0.5-1mm，第二动子42和辅助定子50之间的气隙34为0.5-1mm。

具体的，第一动子41和第二动子42均由若干永磁体沿动子组件40运动方向采用N-S-N-S交替排列组成，第一动子41和第二动子42为错开设置，错开的距离小于单个永磁体的宽度。第一动子41和第二动子42错开设置，从而形成了多气隙结构，有效的增加了互补式双边直线电机的推力密度，同时削弱了其推力波动。

在一些实施例中，永磁体的材质为钕铁硼。

可以理解的是，辅助定子50可以采用硅钢片沿轴向叠压而成，从而有效减小涡流损耗。

可以理解的是，第一动子41和第二动子42的充磁方式为径向充磁或者Halbach充磁，径向充磁方式永磁体的充磁方向垂直向上和垂直向下依次交替排列。Halbach充磁方式永磁体的充磁方向从左向右依次为：水平向右、向右上角45°方向、垂直向上、向左上角45°和水平向左，另一种Halbach不规则永磁阵列的永磁体的充磁方向从左向右依次为：水平向右、向右下角45°方向、垂直向下、向左下角45°和水平向左。

在一些实施例中，互补式双边直线电机还包括冷却组件60，冷却组件60设置在第一主定子10和第二主定子20上。冷却组件60包括冷却管61，其中每个冷却组件60中包括个数不少于3根的冷却管61，冷却管61中的冷却材料材质可以为水或者油。冷却组件60集成设置在第一主定子10或第二主定子20的铁心中，可以实现独立冷却，降低了冷却的难度。

在一些实施例中，第一主定子10和第二主定子20均采用模块化结构设计。第一主定子10的最小模块至少包括4个第一L型定子齿11、1个第一铁心13、2个第一绕组12和1组冷却组件60。同理，第二主定子20的最小模块至少包括4个第二L型定子齿21、1个第二铁心23、2个第二绕组22和1组冷却组件60。动子组件40同样可以根据第一主定子10或第二主定子20的模块宽度划分出模块。

在本实施方式中详细阐述了一个具体的互补式双边直线电机，其中包括第一主定子10、第二主定子20、气隙组30、动子组件40、辅助定子50。动子组件40包括了第一动子41、第二动子42和动子支架43。

第一主定子10和第二主定子20均采用模块化结构设计，第一主定子10的最小模块至少包括4个第一L型定子齿11、1个第一铁心13、2个第一绕组12和1组冷却组件60。同理，第二主定子20的最小模块至少包括4个第二L型定子齿21、1个第二铁心23、2个第二绕组22和1组冷却组件60。动子组件40同样可以根据第一主定子10或第二主定子20的模块宽度划分出模块。

第一主定子10的最小模块的具体结构为4个第一L型定子齿11和2个第一绕组12均设置在第一铁心13上，2个第一绕组12的两侧分别贴合有第一L型定子齿11，那么中间会有2个L型定子齿相互贴合。第一绕组12采用集中绕组结构，材料为铜线，利用树脂支架进行固定。第一主定子10采用软磁复合材料形成一体式结构。第二主定子20的最小模块的具体结构和第一主定子10的最小模块的具体结构相同。

L型定子齿包括定子本体和凸起，定子本体朝向辅助定子50的一端设有凸起，凸起是靠近定子本体的一侧设置。定子本体和凸起为一体化结构。第一主定子10的开口朝向水平方向的右侧，第二主定子20的开口就是朝向水平方向的左侧。凸起的具体形状为长方体，长方体为镂空结构，并且凸起的宽度小于定子本体的宽度。

第一主定子10的最小模块与第二主定子20的最小模块以辅助定子50为中心点中心对称设置。第一主定子10的最小模块依次排列形成完整的第一主定子10，第二主定子20的最小模块依次排列形成完整的第二主定子20。

动子组件40包括第一动子41、第二动子42和动子支架43，第一动子41设置在辅助定子50靠近第一主定子10的一侧，第二动子42设置在辅助定子50靠近第二主定子20的一侧。第一动子41和第二动子42通过动子支架43固定在辅助定子50的两侧。

气隙组30包括的气隙分别为第一主定子10和第一动子41之间的气隙31，第二主定子20和第二动子42之间的气隙32，第一动子41和辅助定子50之间的气隙33和第二动子42和辅助定子50之间的气隙34。第一主定子10和第一动子41之间的气隙31为1mm，第二主定子20和第二动子42之间的气隙32也为1mm。第一动子41和辅助定子50之间的气隙33为0.5mm，第二动子42和辅助定子50之间的气隙34为0.5mm。

第一动子41和第二动子42均由若干永磁体沿动子组件40运动方向排列组成，第一动子41和第二动子42为错开设置，错开的距离小于单个永磁体的宽度。其中永磁体的材质为钕铁硼。第一动子41和第二动子42的充磁方式为Halbach充磁。Halbach充磁方式永磁体的充磁方向从左向右依次为：水平向右、向右上角45°方向、垂直向上、向左上角45°和水平向左。

冷却组件60集成设置在第一主定子10或第二主定子20的铁心中。冷却组件60包括冷却管61，其中每个冷却组件60中包括3根的冷却管61，冷却管61中的冷却材料材质为水。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种互补式双边直线电机，其特征在于，包括：

第一主定子，所述第一主定子包括第一铁心、第一L型定子齿和第一绕组，所述第一L型定子齿和所述第一绕组均设置在所述第一铁心上，所述第一绕组的两侧分别贴合有所述第一L型定子齿；

第二主定子，所述第二主定子包括第二铁心、第二L型定子齿和第二绕组，所述第二L型定子齿和所述第二绕组均设置在所述第二铁心上，所述第二绕组的两侧分别贴合有所述第二L型定子齿；

辅助定子，所述辅助定子设置在所述第一主定子和所述第二主定子之间，所述第一主定子与所述第二主定子以所述辅助定子为中心点中心对称设置；

动子组件，所述动子组件包括第一动子和第二动子，所述第一动子设置在所述辅助定子靠近所述第一主定子的一侧，所述第二动子设置在所述辅助定子靠近所述第二主定子的一侧。

2.根据权利要求1所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述第一L型定子齿和所述第二L型定子齿均包括定子本体和凸起，所述定子本体朝向所述辅助定子的端面的一端设有所述凸起，所述凸起与所述端面之间形成L型。

3.根据权利要求2所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述凸起为镂空的矩形结构。

4.根据权利要求1所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述第一主定子和所述第二主定子均为一体式结构。

5.根据权利要求1所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述第一动子与所述第一主定子之间的气隙和所述第二动子与所述第二主定子之间的气隙均为1mm-2mm。

6.根据权利要求1所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述第一动子与所述辅助定子之间的气隙和所述第二动子与所述辅助定子之间的气隙均为0.5mm-1mm。

7.根据权利要求1所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述动子组件还包括动子支架，所述第一动子和所述第二动子通过所述动子支架固定在所述辅助定子的两侧。

8.根据权利要求7所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述第一动子和所述第二动子均包括若干沿所述动子组件的运动方向依次排列的多个永磁体。

9.根据权利要求1所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述互补式双边直线电机还包括冷却组件，所述冷却组件设置在所述第一主定子和所述第二主定子上。

10.根据权利要求9所述的互补式双边直线电机，其特征在于，所述第一主定子和所述第二主定子均为模块化结构，所述第一主定子的最小模块至少包括4个所述第一L型定子齿、1个所述第一铁心、2个所述第一绕组和1组所述冷却组件；

所述第二主定子的最小模块至少包括4个所述第二L型定子齿、1个所述第二铁心、2个所述第二绕组和1组所述冷却组件。

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