CN214069782U

CN214069782U - 一种永磁直线电机

Info

Publication number: CN214069782U
Application number: CN202022689391.6U
Authority: CN
Inventors: 王秀平; 曲春雨; 姜胜龙; 葛子荻; 王楠; 姚舜禹; 刘万明; 王雅慧; 杨帅; 王长华; 郭子琦; 胡永壮; 王天煜
Original assignee: Shenyang Institute of Engineering
Current assignee: Shenyang Institute of Engineering
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2030-11-19

Abstract

本实用新型适用于电机领域，提供了一种永磁直线电机，包括初级、电枢绕组、永磁体和次级：永磁体的N极、S极以及电枢绕组均嵌放于初级上；永磁直线电机依赖次级进行磁场调制。本实用新型既具备常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等方面的优点，电枢绕组和永磁体也能借助于次级的强耦合调制作用，实现初极和次级的机电能量转换，增加电机的电磁推力。次级采用普通的导磁材料制成，具有叠障调制型次级、辅助笼条叠障型次级、辅助叠障同心笼型次级、辅助叠障等距笼型次级和辅助叠障双层笼型五种拓扑结构，不仅具有优良的磁场转换能力，而且坚固耐用、安全可靠、效率较高，能够降低制造成本，使电机在轨道交通领域展现出良好的应用前景。

Description

一种永磁直线电机

技术领域

本实用新型属于电机领域，尤其涉及一种永磁直线电机。

背景技术

目前，用于轨道交通的牵引电机主要采用旋转电机和直线电机两种方式。与旋转电机驱动方式相比，直线电机驱动在轨道交通中的应用具有显著优点。

直线感应电机是直线电机的一种，由旋转电动机演变而来。直线感应电机没有从旋转运动到直线运动的变换装置，能够将电能直接转换成直线机械能，具有加速性能好，电磁推力大等优点。直线感应电机所驱动的轨道交通系统凭借体积小和无粘性驱动等优势，在世界各地已经有20多条线路投入到实际应用中。

不过直线感应电机的初、次级之间在直线方向上要延续一定的长度，因此在机械结构上一般将初、次级之间的气隙做得较长，这样就导致其存在效率和功率因数低的问题。

永磁直线电机是另一种直线电机，也是旋转电机在结构上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。永磁直线电机没有励磁绕组，无电刷，效率高，功率密度高，因此具有体积小、重量轻、性能好等优点。当前永磁直线电机的研究也广泛展开。与直线感应电机相比，永磁直线电机在力能指标、效率、功率因数等方面具有明显的优势。

但是，传统的永磁直线电机将电枢绕组放置于电机的初级，永磁体排列放置在电机的次级，使得永磁直线电机的制造和维护成本居高不下，限制了永磁直线电机在城市轨道交通等长距离运行场合中的应用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种永磁直线电机，旨在解决背景技术中所提到的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种永磁直线电机，包括初级、电枢绕组、永磁体和次级：

所述永磁体的N极、S极以及所述电枢绕组均嵌放于所述初级上；

所述永磁直线电机依赖次级进行磁场调制。

优选的，所述次级上设有叠障和次级槽。

优选的，所述叠障的形状为U型、V型或者弧形。

优选的，所述叠障内设有短路笼条。

优选的，所述次级槽内嵌入有同心笼。

优选的，所述次级槽内嵌入有等距笼。

优选的，所述次级槽内嵌入有双层笼。

本实用新型实施例提供的一种永磁直线电机，包括初级、电枢绕组、永磁体和次级：所述永磁体的N极、S极以及所述电枢绕组均嵌放于所述初级上；所述永磁直线电机依赖次级进行磁场调制。本实用新型通过将电枢绕组和永磁体均放置于电机初级，既具备常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等方面的优点，电枢绕组和永磁体也能借助于次级的强耦合调制作用，实现初极和次级的机电能量转换，使电机具有较高的电磁推力。此外沿轨道铺设的次级采用了高耦合性能的笼障组合调制型结构，具体包括叠障调制型次级、辅助笼条叠障型次级、辅助叠障同心笼型次级、辅助叠障等距笼型次级和辅助叠障双层笼型五种不同的拓扑结构，既可以改善永磁直线电机磁场转换能力，实现磁通沿着有利于机电能量转换的路径流通，提高永磁直线电机的效率，而且使永磁直线电机更加坚固耐用、安全可靠。此外，次级采用普通的导磁材料制成，在降低永磁直线电机制造成本的同时提高磁场的调制能力，使得本实用新型的永磁直线电机能够在轨道交通领域展现出良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种永磁直线电机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的叠障调制型次级的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的辅助笼条叠障型次级的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的辅助叠障同心笼型次级的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的同心笼的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的辅助叠障等距笼型次级的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的等距笼的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的辅助叠障双层笼型次级的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的双层笼的结构示意图。

附图中：1、初级；2、电枢绕组；3、N极；4、S极；5、次级；6、叠障；7、次级槽；9、短路笼条；10、同心笼；11、等距笼；12、双层笼。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。

如附图1所示，为本实用新型一个实施例提供的一种永磁直线电机，包括初级1、电枢绕组2、永磁体和次级5：

所述永磁体的N极3、S极4以及所述电枢绕组2均嵌放于所述初级1上；

所述永磁直线电机依赖次级5进行磁场调制。

具体的，本实用新型实施例中永磁直线电机的组成与现有的永磁直线电机基本一致，如初级1即是永磁直线电机的动子，次级5即是永磁直线电机的定子。与现有的永磁直线电机所不同的是本实用新型实施例对永磁直线电机的内部结构进行了改变。现有的永磁直线电机通常将电枢绕组2放置于电机的初级1(即动子侧)，永磁体放置于电机的次级5(即定子侧)，本实用新型实施例则进行了改进，将电枢绕组2和永磁体均放置于永磁直线电机的初级1(即动子侧)，改进后的永磁直线电机既具备常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等方面的优点，同时位于永磁直线电机初级1上的永磁体能够提供恒定励磁磁场，使永磁直线电机具有更高的电磁推力。次级5则是选用普通的导磁材料制成，在降低永磁直线电机制造成本的同时提高磁场的调制能力，使得本实用新型实施例的永磁直线电机能够在轨道交通领域展现出良好的应用前景。

如附图1所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述次级5上设有叠障6和次级槽7。

具体的，次级5是指由硅钢片叠加形成的铁心。次级5上开槽形成叠障6和次级槽7。叠障6是在铁心的表面开槽，次级槽7是在铁心靠近气隙处开槽。通过对次级5上设有叠障6和次级槽7进行拓补结构设计，可以改善永磁直线电机磁场转换能力，实现磁通沿着有利于机电能量转换的路径流通，提高永磁直线电机的效率，使永磁直线电机更加坚固耐用、安全可靠。

如附图2所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述叠障6的形状为U型、V型或者弧形。

具体的，此种拓扑结构的次级5又称作叠障调制型次级。设计思路是在普通硅钢片铁心中开槽，形成U型、V型或者弧形的叠障6。根据磁通调制效果确定合适的磁障数量，该类型次级没有铜损耗，属于冷次级。

如附图3所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述叠障6内设有短路笼条9。

具体的，此种拓扑结构的次级5又称作辅助笼条叠障调制型次级。主要设计思路是在普通硅钢片铁心中开槽，形成U型、V型或者弧形的叠障6，在每组叠障6中间的开槽内加入短路笼条9，提升调制效果，抑制无用谐波，提升有效磁场分量。又因其本身属于叠障型次级，因此具有良好的动态特性。

如附图4和5所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述次级槽7内嵌入有同心笼10。

具体的，此种拓扑结构的次级5又称作辅助叠障同心笼型次级。设计思路是在普通硅钢片叠成的铁心中，靠近气隙处开槽(即次级槽7)并嵌入了同心笼10，同时，在铁心中加入U型、V型或者弧形的叠障6，提升调制效果。这种拓扑结构的突出特点是加入了同心笼10，进一步提升了磁场调制效果，改善了起动性能，但稳态运行时会产生一定的铜损耗。

如附图6和7所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述次级槽7内嵌入有等距笼11。

具体的，此种拓扑结构的次级5又称作辅助叠障等距笼型次级。设计思路是在普通硅钢片叠成的铁心中，靠近气隙处开槽(即次级槽7)并嵌入了等距笼11，同时，在铁心中加入U型、V型或者弧形的叠障6，提升调制效果。这种在次级槽7内加入等距笼11条的拓扑结构设计，实现了谐波抑制，便于永磁直线电机的加工和批量生产，同时，使永磁直线电机得推力输出获得了提升。

如附图8和9所示，作为本实用新型的一种优选实施例，所述次级槽7内嵌入有双层笼12。

具体的，此种拓扑结构的次级5又称作辅助叠障双层笼型次级。设计思路是在普通硅钢片叠成的铁心中，靠近气隙处开槽(即次级槽7)并嵌入了双层笼12，同时，在铁心中加入U型、V型或者弧形的叠障6。这种在次级槽7内加入双层笼12的拓扑结构设计，可以根据永磁直线电机的极数配合，灵活选择节距，最大程度的抑制谐波，永磁直线电机的起动、动静态特性和推力特性都具有较好的改善。

综上所述，本实用新型提出的一种永磁直线电机，通过将电枢绕组2和永磁体均放置于电机初级1(动子侧)，既具备常规直线感应电机结构简单和非黏着直接驱动等方面的优点，也能借助于次级5的强耦合调制作用，实现初极和次级5的机电能量转换，使电机具有较高的电磁推力。此外沿轨道铺设的次级5(定子侧)采用了高耦合性能的笼障组合调制型结构，具体包括叠障调制型次级、辅助笼条叠障型次级、辅助叠障同心笼型次级、辅助叠障等距笼型次级和辅助叠障双层笼型五种不同的拓扑结构，既可以改善永磁直线电机磁场转换能力，实现磁通沿着有利于机电能量转换的路径流通，提高永磁直线电机的效率，而且使永磁直线电机更加坚固耐用、安全可靠。此外，次级5采用普通的导磁材料制成，在降低永磁直线电机制造成本的同时提高磁场的调制能力，使得本实用新型的永磁直线电机能够在轨道交通领域展现出良好的应用前景。

实施例2

本实用新型一个实施例提供的一种永磁直线电机，包括初级1和次级5。初级1上嵌有三相对称交流电枢绕组2，同时，在初级1上布置有永磁体。次级5采用了高耦合性能的笼障组合调制型结构。初级1的电枢绕组2和永磁体，借助于次级5的强耦合调制作用，实现初极1和次级5的机电能量转换。次级5的笼障组合调制型结构，具有叠障调制型次级、辅助笼条叠障型次级、辅助叠障同心笼型次级、辅助叠障等距笼型次级和辅助叠障双层笼型五种不同的拓扑结构，不仅具有优良的磁场转换能力，而且坚固耐用、安全可靠、效率较高。该永磁直线电机既可以作为电动机运行，亦可作为发电机使用。做电动机运行时，嵌放在初级1上的电枢绕组2通入三相对称正弦交流电，电机进入同步电动机运行状态，具有良好的同步运行性能。做发电机使用时，外力拖动次级5直线运动，电枢绕组能够输出三相对称的正弦交流电，实现同步发电运行。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种永磁直线电机，包括初级、电枢绕组、永磁体和次级，其特征在于：所述永磁体的N极、S极以及所述电枢绕组均嵌放于所述初级上；所述永磁直线电机依赖次级进行磁场调制；

所述次级上设有叠障和次级槽，叠障是在铁心的表面开槽，次级槽是在铁心靠近气隙处开槽；

所述叠障的形状为U型、V型或者弧形。

2.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机，其特征在于，所述叠障内设有短路笼条。

3.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机，其特征在于，所述次级槽内嵌入有同心笼。

4.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机，其特征在于，所述次级槽内嵌入有等距笼。

5.根据权利要求1所述的一种永磁直线电机，其特征在于，所述次级槽内嵌入有双层笼。