CN203632520U - 次级无轭部双边初级永磁直线电机 - Google Patents

Abstract

一种次级无轭部双边初级永磁直线电机，结构见附图。此电机包括双边初级和次级，初级与次级之间具有气隙。单边初级包括m块永磁体和m+1块U型导磁齿，或2m块永磁体和2m-1块U型导磁齿，m为电机的相数。相邻两U型齿中心线距离为初级极距τ_p。永磁体夹在两U型导磁齿之间，相邻永磁体的交替平行充磁，集中绕组设置于U型导磁齿的槽中，相邻相绕组的相对位移为λ₁＝(j±1／m)τ_s或λ1=[j±(0.5-1／m)]τ_s，m，j均为正整数。双边初级与次级的相对位置相同，且其对应的永磁体充磁方向相反。次级由导磁块或导磁块和连接桥组成，次级极距为τ_s。此电机的次级导磁块与双边永磁体组成串联此路，省去次级轭部，降低了次级的成本和重量，提高了电机输出功率和带负载能力。

Description

次级无轭部双边初级永磁直线电机

技术领域

本实用新型涉及一种次级无轭部双边初级永磁直线电机，属于电机制造技术领域。 

背景技术

随着工业的发展，直线电机得到广泛的应用。与传统的旋转电机驱动方式相比，采用直线电机驱动省去了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。在如轨道交通、高层楼宇电梯、工厂运输等长距离驱动场合，采用旋转电机驱动方式会带来驱动结构复杂、成本高、动态响应慢等缺点。因此，采用直线电机代替旋转电机这一技术手段，可以克服旋转电机在上述应用场合中的上述缺点，提高整个系统的效率。 

我国是稀土永磁大国，随着电力电子和磁性材料的发展，永磁无刷电机得到迅速的发展。此类电机具有高效率、高功率密度等优点。其相应的直线结构也被广泛研究。传统的永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感应电机相比，永磁直线同步电机的推力密度高、体积小、重量轻，且具有发电制动功能。然而，由于传统的永磁电机的永磁体和电枢绕组分别安装在初级和次级，而永磁体和电枢的成本都较高，在如轨道交通、高层楼宇电梯、工厂运输等长距离中无疑导致系统的制造成本和维护成本大幅增加。 

磁通切换型初级永磁电机次级结构简单，仅由导磁铁心组成，在上述长距离驱动中不仅具有永磁直线电机功率密度高，效率高，功率因数高等优点，而且具有直线感应电机和开关磁阻直线电机结构简单，成本低，易于维护等优点。但传统的单边或双边磁通切换直线电机次级轭部铁心所占的比重较大，带来材料的浪费和成本提高。 

为进一步提高磁通切换电机的功率密度和降低次级的成本，本实用新型提出一种次级无轭部双边初级永磁直线电机。本实用新型提高了电机的输出功率，降低了次级的成本和重量，既可为长距离驱动场合提供一种功率密度高，成本低的解决方案，又可为以次级作为运动部件的驱动方式提供一种功率密度高，带载能力强的驱动方案。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可降低制造成本，提高电机功率密度和带负载能力，降低维护成本的次级无轭部双边初级永磁直线电机。 

为了实现上述目的，本实用新型通过如下的技术方案来实现： 

本实用新型的次级无轭部双边初级永磁直线电机包括两单边初级、次级和集中绕组，单边初级和次级之间具有气隙，单边初级包括m块永磁体和m+1块U型导磁齿，或2m块永磁体和2m-1块U型导磁齿，m为电机的相数；每块永磁体夹在两个U型导磁齿之间，集中绕组设置于U型导磁齿的槽中且套住永磁体，相邻相集中绕组的相对位移为λ1=(j±1／m)τs或λ1＝j±(0.5-1／m)]τs，m，j均为正整数；τs为次级相邻两导磁块之间的距离，相邻两U型导磁齿中心线距离为初级极距τp；次级由导磁块组成，相邻导磁块之间的距离为次级极距τs，次级相邻导磁块间隔排列或采用连接桥相连；次级导磁块为双边初级永磁体组成串联磁路提供了通道，构成了一种新型双边串联磁路磁通切换直线电机。 

当上述单边初级包括m块永磁体和m+1块U型导磁齿时，每个永磁体和两边的U型导磁齿均套着一个集中电枢绕组，每个U型导磁齿的槽中设置两相绕组；当单边初级包括2m块永磁体和2m-1块U型导磁齿时，永磁体和两边的U型导磁齿间隔套着一个集中绕组，每个U型导磁齿的槽中仅设置一相绕组；双边初级中属于同相的集中绕组相互串联或并联组成一相。 

上述次级由导磁块组成或由导磁块和连接桥组成，次级用非导磁材料填充紧固，导磁块上留有安装孔。 

上述单边初级中相邻两永磁体交替平行充磁，双边两初级与次级的相对位置相同，且其 对应的永磁体充磁方向相反。永磁体的高度和充磁方向厚度可根据需要调整，其对应的同相绕组的绕线方式和电流相位均相同。双边初级对应的永磁体通过初级U型导磁齿，气隙，次级导磁块组成串联磁路。 

上述次级无轭部双边初级永磁直线电机的初级和次级一个为固定部件，另一个为运动部件，其结构为双边平板结构或圆筒型结构，可为电动机或发电机。 

本实用新型由次级无轭部双边初级永磁直线电机模组，包括x个所述次级无轭部双边初级永磁直线电机，x为正整数，x个次级无轭部双边初级永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。从而增加了系统的容错能力。 

本实用新型电机的永磁体和电枢绕组均放置在初级上，次级结构简单，无绕组、无电刷、无永磁体，仅为导磁块，导磁块之间可以间隔开，也可以采用连接桥相连。永磁体置于初级，易于散热，可靠性高。与传统的磁通切换直线电机相比，本实用新型次级仅由导磁块组成，相邻导磁块之间不需要导磁轭部，其结构更简单，不仅大大降低次级的成本和重量，而且具有更高的功率密度。从磁路结构上来说，本实用新型是一种新型无次级轭部双边串联磁路磁通切换型初级永磁直线电机。初级次级均可采用模块化设计，模块化结构有利于生产和安装，特别适用于长定子应用场合，可以大大降低系统成本。 

当次级作为短动子时，由于其结构简单，无永磁体、无电刷、重量轻，在短距离弹射驱动系统中不仅可以提高弹射系统的功率密度，而且可以提高弹射系统的带负载能力和系统的可靠性。 

因此，本实用新型具有广泛的应用前景。 

附图说明

图1本实用新型实施例1电机结构示意图 

图2实施例1电机A相绕组磁链达到最小位置局部模块磁力线分布图 

图3实施例1电机A相绕组磁链达到最大位置局部模块磁力线分布图 

图4本实用新型实施例2电机结构示意图； 

图5本实用新型实施例3电机结构示意图； 

图6本实用新型实施例4电机结构示意图； 

具体实施方式：

为使本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。 

实施例1： 

如图1所示，本实用新型包括双边初级11、次级10和集中绕组113，所述初级11和次级10之间具有气隙。单边初级11包括m块永磁体112和m+1块U型导磁齿111，m=3为电机的相数；每块永磁体112夹在两个U型导磁齿111之间，集中绕组113设置于U型导磁齿的槽中且套住永磁体112，相邻相集中绕组113的相对位移为λ1=(j±1／m)τs或λ1=[j±(0.5-1／m)]τs，m，j均为正整数。本实施例中λ1=(j+(0.5-1／m)]τs，m=3，j=1；τs为次级10极距，初级11的极距为τp； 

本实施例中，次级10中相邻导磁块100之间采用连接桥101相连，本实施例中初级为短动子，次级为长定子，图1仅给出部分次级结构。 

本实施例中，单边初级有三相集中绕组(即图1中A1，B1，C1或A11，B11，C11)，属于同相绕组串联或并联组成一相绕组，中间U型齿的槽中放置两相绕组。 

本实施例中，单边初级11中相邻两永磁体112交替平行充磁，双边两初级11与次级10的相对位置相同，且其对应的永磁体充磁方向相反，永磁体充磁方向如附图中箭头所示，其对应的绕组绕线方式相同，绕组中的电流相位相同。由图1可知，双边初级中属于同相两个永磁体通过U型齿111，气隙，次级10导磁块100组成串联磁路(即图中A1和A11绕组所 在的两个永磁体通过U型齿111，气隙，次级10导磁块100组成串联磁路)，且满足磁通切换工作原理。 

为了说明本实用新型电机的工作原理，图2和图3给出了本实用新型一个模块在不同位置时的磁力线分布。当初级11动子以一定速度运动到图2所示位置时，双边初级两永磁体通过次级导磁块提供的路径组成串联磁路，其主磁通路径如图中箭头所示，此时A相绕组中匝链的磁链近似为零，A相绕组中的反电势幅值达到正最大值。当初级11动子继续以一定速度运动τs／4距离，即图3所示位置时，双边初级两永磁体通过次级导磁块提供的路径组成串联磁路，其主磁通路径如图中箭头所示，此时A相绕组中匝链的磁链近似为正的最大值，A相绕组中的反电势幅值降为零；当初级11动子继续以一定速度运动τs／4距离，A相绕组中匝链的磁链近似减小到零，则此时A相绕组中的反电势幅值为负的最大值；当初级11动子继续以一定速度运动τs／4距离，A相绕组中匝链的磁链近似降为负的最大值，则此时A相绕组中的反电势幅值又达到正的最大值，此时初级动子运动运动一个电气周期360°(即移动τs距离)，其磁链和反电势的变化波形近似为正弦波。 

本实用新型的结构有如下特点：第一，次级10所受到双边初级11的法向吸力相互抵消，从而减小系统的摩擦损耗。第二，双边同相两个永磁体113通过初级U型齿111，气隙，次级10导磁块100组成串联磁路，省去次级11轭部材料，从而大大降低了次级10的成本和重量，提高了该电机系统的功率密度和带负载能力。 

实施例2： 

图4为由两个实施例1电机所组成的电机模组。本实施例中单边初级中每相绕组由两个集中绕A1和A2串联或并联组成。集中绕A1和A2所在的两永磁体相对次级的位置λ2=(0.5+3)τs，因此二者之间的电磁特性具有互补特性，当集中绕A1和A2串联组成A相绕组时，A相绕组反电势幅值为集中绕A1和A2基波幅值的两倍，并且当集中绕A1和A2中的高次谐波相互抵消，因此可以提高A相绕组反电势的正弦性。同时，本实施例电机的定位力也被削弱。双边初级11属于同相的绕组可以串联或并联组成一相绕组。 

实施例3： 

图5为由两个实施例2电机所组成的电机模组。本实施例中单边初级11中每相绕组由两组集中绕组，即A1+A2和A3+A4串联或并联组成。集中绕A1和A3与次级的相对位置相同，集中绕A2和A4与次级的相对位置也相同。集中绕A1或A3与集中绕组集中绕A2或A4相对次级的位置λ2=(0.5+3)τs，因此两组集中绕组113之间存在互补特性。因此，本实用新型中两个实施例2电机可以串联组成一个新的电机模组，也可并联运行控制。本实施例与实施例1和2的不同之处在于，本实施例所述的电机双边初级11作为固定部件，短次级10作为运动部件。本实用新型在电磁弹射和短距离运输系统中，可以提高驱动系统的带负载能力和功率密度。 

实施例4： 

如图6所示，本实用新型与实施例1的不同之处在于，单边初级11包括2m块永磁体112和2m-1块U型导磁齿111，m=3为电机的相数。本实用新型与实施例2的不同之处在于集中绕组的个数和连接方式。在本实施例中，单边初级11模块中每相仅有1个集中绕组113，永磁体112和两边的U型导磁齿111间隔套着一个集中电枢绕组113，每个U型导磁齿的槽中仅设置一相绕组。本实用新型的结构有如下特点：初级模块中不同相集中绕组之间互感小，因此该电机的容错能力强。由多个本实施例电机，按照实施例2和实施例3的方法也可以得多个新的电机模组，本实用新型不再详述。 

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (6)

1.次级无轭部双边初级永磁直线电机，包括两单边初级(11)、次级(10)和集中绕组(113)，所述单边初级(11)和次级(10)之间具有气隙，其特征在于， 

所述单边初级(11)包括m块永磁体(112)和m+1块U型导磁齿(111)，或2m块永磁体(112)和2m-1块U型导磁齿(111)，m为电机的相数；每块永磁体(112)夹在两个U型导磁齿(111)之间，集中绕组(113)设置于U型导磁齿的槽中且套住永磁体(112)，相邻相集中绕组(113)的相对位移为λ1=(j±1／m)τs或λ1=[j±(0.5-1／m)]τs，m，j均为正整数；τs为次级(10)相邻两导磁块(101)之间的距离，相邻两U型导磁齿(111)中心线距离为初级(11)极距τp； 

所述次级(10)由导磁块(100)组成，相邻导磁块(100)之间的距离为次级极距τs，次级相邻导磁块(100)间隔排列或采用连接桥(101)相连；次级导磁块(100)为双边初级永磁体组成串联磁路提供了通道，构成了一种新型双边串联磁路磁通切换直线电机。 

2.根据权利要求1所述的次级无轭部双边初级永磁直线电机，其特征在于，当所述单边初级(11)包括m块永磁体(112)和m+1块U型导磁齿(111)时，每个永磁体和两边的U型导磁齿均套着一个集中电枢绕组(113)，每个U型导磁齿的槽中设置两相集中绕组；当单边初级(11)包括2m块永磁体和2m-1块U型导磁齿时，永磁体和两边的U型导磁齿间隔套着一个集中电枢绕组，每个U型导磁齿的槽中仅设置一相集中绕组；双边初级(11)中属于同相的集中绕组(113)串联或并联组成一相。 

3.根据权利要求1所述的次级无轭部双边初级永磁直线电机，其特征在于，所述次级(10)由导磁块(100)组成或由导磁块(100)和连接桥(101)组成，次级(10)用非导磁材料填充紧固，导磁块(100)上留有安装孔。 

4.根据权利要求1所述的次级无轭部双边初级永磁直线电机，其特征在于，单边初级(11)中相邻两水磁体(112)交替平行充磁，双边两初级(11)与次级(10)的相对位置相同，且其对应的永磁体充磁方向相反，永磁体(112)的高度和宽度可根据需要调整，其对应的同相绕组的绕线方式和电流相位均相同。 

5.根据权利要求1所述的次级无轭部双边初级永磁直线电机，其特征在于，所述初级和次级一个为固定部件，另一个为运动部件，其结构为双边平板结构或圆筒型结构，可为电动机或发电机。 

6.由权利要求1～5任意一项所述的次级无轭部双边初级永磁直线电机构成的电机模组，其特征在于，包括x个所述次级无轭部双边初级永磁直线电机，x为正整数；x个所述次级无轭部双边初级永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。 

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