一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机制造技术

技术编号:20164110 阅读:21 留言:0更新日期:2019-01-19 00:17
本发明专利技术公开了一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,包括双初级、次级和电枢绕组,双初级对称设置在次级的两侧边,每侧初级与次级之间均具有气隙;次级包括N2’个均匀间隔排列的次级铁心块;每侧初级均具有N1’个初级齿,每个初级齿的齿顶面均朝向次级,每个初级齿的齿顶面上均设置有n个永磁体槽,相邻两个永磁体槽之间的齿顶面形成为一个铁心凸极;每个永磁体槽内嵌套一块永磁体,其中,n=1,2,3,4或5;每个初级齿上的永磁体的充磁方向相同;N1个初级齿和N2个次级凸极构成电机基本单元,其中,N2=N1×n±i,其中i=1或2;N1’≥N1,N2’≥N2。本发明专利技术适合长距离应用场合,能进一步提高推力密度和永磁体利用率,并降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机
本专利技术涉及电机设计
,特别是一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机。
技术介绍
近年来,直线电机已经在轨道交通和车间运输等多种场合得到了应用。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装置,从而可以降低驱动系统的体积、成本和机械噪声。产品化的永磁电机中已经广泛采用稀土永磁材料,从而具有高功率密度、高效率和高功率因数等优点。同样的,稀土永磁材料也被广泛的应用于直线电机中。因此,永磁直线电机兼具永磁电机和直线电机的优点。与直线感应电机相比,永磁直线电机的推力密度高、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、车间运输等长距离应用场合中,无疑导致系统的制造成本和维护成本大幅增加。另外,传统的永磁直线电机的动子上装有永磁体或装有电枢绕组,这必然会增加动子的重量,从而降低动态响应能力。(注:长级为定子,短级为动子)初级表贴式永磁直线电机的永磁体和电枢绕组都在初级上,次级仅有导磁铁心。对于长距离应用场合,可以采用长次级(次级无永磁体和绕组),这就大大降低了成本。对于初级永磁直线电机,按照永磁体与初级铁芯的位置关系,可以分为内置式永磁和表贴式永磁。初级内置式永磁直线电机如专利201310566701.7所示。然而,其永磁体、初级铁芯和电枢绕组的空间相互制约,降低了永磁材料的利用率,如已发表在IEEE磁学汇刊的文章“Quantitativecomparisonofflux-switchingpermanentmagnetmotorswithinteriorpermanentmagnetmotorforEVHEVandPHEVapplications”所述。而传统的初级表贴式永磁直线电机为单边型,使得动子承受不平衡磁拉力,这不仅影响轴承寿命,还会增大振动和噪声。而且,传统的初级表贴式永磁直线电机的初级齿面装有两块极性相反的永磁体,边缘漏磁较大(推力密度较低),使得永磁体利用率低。另外,由于次级轭部的存在,增加了系统的成本和重量,如图1所示。即使将其改为双边初级和次级无轭部的结构,如图7所示,仍然面临边缘漏磁较大(推力密度较低)和永磁体利用率低的缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,该次级无轭部的双边交替极永磁直线电机适合长距离应用场合,能进一步提高推力密度和永磁体利用率,并降低成本。为解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案是:一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,包括双初级、次级和电枢绕组,双初级对称设置在次级的两侧边,每侧初级与次级之间均具有气隙。次级包括N2’个均匀间隔排列的次级铁心块,每个次级铁心块为一个次级凸极。每侧初级均具有N1’个初级齿,每个初级齿的齿顶面均朝向次级,每个初级齿的齿顶面上均设置有n个永磁体槽,相邻两个永磁体槽之间的齿顶面形成为一个铁心凸极,铁心凸极的数量也为n个;每个永磁体槽内嵌套一块永磁体,使得每个齿顶面上的铁心凸极与永磁体交替排列;其中,n=1,2,3,4或5;每个初级齿上的永磁体的充磁方向相同。N1个初级齿和N2个次级凸极构成电机基本单元,其中,N2=N1×n±i,其中i=1或2;N1’≥N1,N2’≥N2。电枢绕组绕制在初级齿上。电枢绕组的极对数为Np,则Np=kN1/2±N2,k为正整数。两侧初级上永磁体所在齿顶面的位置相同,两侧初级永磁体的充磁方向相同。一侧初级齿顶面上的永磁体正对另一侧初级齿顶面上的铁心凸极,两侧初级永磁体的充磁方向相反。初级和次级铁心块均为导磁材料。初级为长初级且为定子,次级为动子,则能提高次级动子的动态响应能力。次级为长次级且为定子,双初级为动子。本专利技术具有如下有益效果:1、本专利技术采用交替极永磁结构,降低了边缘漏磁,提高推力密度和永磁体利用率;降低了永磁体的用量,从而降低了初级的成本。在电机体积和铜耗相同的情况下,将传统单边的初级表贴式永磁直线电机改为如图7所示的双边初级和次级无轭部的结构,则图7结构与本专利技术1和2的推力相比,本专利技术的电机具有更高的推力,这是由于本专利技术的交替极结构降低了边缘漏磁。基于电机体积相同,所以本专利技术有更高的推力密度(单位体积的推力);基于本专利技术的永磁体用量减半,所以本专利技术有更高的永磁体利用率(单位永磁体用量的推力)。2、交替极永磁结构使得永磁体的装配更为容易,且降低了永磁体脱落的风险(尤其是初级作为动子时)。3、次级无轭部、无永磁体、无绕组,降低了次级的成本和重量。选择长次级案例,可以大大降低次级成本;选择长初级案例,可以提高次级动子的动态响应能力,且大大降低初级永磁体的用量(降低成本)。4、采用双边结构,动子上的不平衡磁拉力可以相互抵消,降低系统的摩擦损耗和振动。附图说明图1为传统单边初级表贴式永磁直线电机的结构示意图。图2为本专利技术一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机第一种实施例的结构示意图。图3为本专利技术一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机第二种实施例的结构示意图。图4为本专利技术一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机第三种实施例的结构示意图。图5为本专利技术中第一、二种实施例与图7中永磁直线电机的推力对比图。图6为n=3的初级齿结构示意图。图7为将传统单边初级表贴式永磁直线电机改为双边初级和次级无轭部时的结构图。图8为将传统单边初级表贴式永磁直线电机改为双边初级和次级无轭部时的磁力线图。图9为本专利技术一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机第二种实施例的磁力线图。图中有:10.初级;11.电枢绕组;12.永磁体;20.次级;21.次级铁心块;22.轭部。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图2、图3和图4所示,一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,包括双初级10、次级20和电枢绕组11,双初级对称设置在次级的两侧边,每侧初级与次级之间均具有气隙。次级包括N2’个均匀间隔排列的次级铁心块,每个次级铁心块为一个次级凸极。每侧初级均具有N1’个初级齿,每个初级齿的齿顶面均朝向次级,每个初级齿的齿顶面上均设置有n个永磁体槽,相邻两个永磁体槽之间的齿顶面形成为一个铁心凸极,铁心凸极的数量也为n个;每个永磁体槽内嵌套一块永磁体,使得每个齿顶面上的铁心凸极与永磁体交替排列;其中,n=1,2,3,4或5;每个初级齿上的永磁体的充磁方向相同。N1个初级齿和N2个次级凸极构成电机基本单元,其中,N2=N1×n±i,其中i=1或2;N1’≥N1,N2’≥N2。电枢绕组绕制在初级齿上,电枢绕组的极对数为Np,则Np=kN1/2±N2,k为正整数。初级和次级铁心块均优选为导磁材料。两侧初级上永磁体的设置位置有如下两种优选实施例:实施例1:两侧初级上永磁体所在齿顶面的位置相同,两侧初级永磁体的充磁方向相同。实施例2:一侧初级齿顶面上的永磁体正对另一侧初级齿顶面上的铁心凸极,两侧初级永磁体的充磁方向相反。可以根据应用需要,选择长初级或者长次级。图2和图3为长次级,图4为长初级。其中,长级为定子,短级为动子。当初级为长初级且为定子,次级为动子,则本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,其特征在于:包括双初级、次级和电枢绕组,双初级对称设置在次级的两侧边,每侧初级与次级之间均具有气隙;次级包括N2’个均匀间隔排列的次级铁心块,每个次级铁心块为一个次级凸极;每侧初级均具有N1’个初级齿,每个初级齿的齿顶面均朝向次级,每个初级齿的齿顶面上均设置有n个永磁体槽,相邻两个永磁体槽之间的齿顶面形成为一个铁心凸极,铁心凸极的数量也为n个;每个永磁体槽内嵌套一块永磁体,使得每个齿顶面上的铁心凸极与永磁体交替排列;其中,n=1,2,3,4或5;每个初级齿上的永磁体的充磁方向相同;N1个初级齿和N2个次级凸极构成电机基本单元,其中,N2=N1×n±i,其中i=1或2;N1’≥N1,N2’≥N2;电枢绕组绕制在初级齿上。

【技术特征摘要】
1.一种次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,其特征在于:包括双初级、次级和电枢绕组,双初级对称设置在次级的两侧边,每侧初级与次级之间均具有气隙;次级包括N2’个均匀间隔排列的次级铁心块,每个次级铁心块为一个次级凸极;每侧初级均具有N1’个初级齿,每个初级齿的齿顶面均朝向次级,每个初级齿的齿顶面上均设置有n个永磁体槽,相邻两个永磁体槽之间的齿顶面形成为一个铁心凸极,铁心凸极的数量也为n个;每个永磁体槽内嵌套一块永磁体,使得每个齿顶面上的铁心凸极与永磁体交替排列;其中,n=1,2,3,4或5;每个初级齿上的永磁体的充磁方向相同;N1个初级齿和N2个次级凸极构成电机基本单元,其中,N2=N1×n±i,其中i=1或2;N1’≥N1,N2’≥N2;电枢绕组绕制在初级齿上。2.根据权利要求1所述的次级无轭部的双边交替极永磁直线电机,其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员:李健王凯刘闯
申请(专利权)人:南京航空航天大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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