本发明专利技术公开了一种双定子永磁游标直线电机及增加磁场调制效应的设计方法，包括电机初级、第一次级和第二次级，第一次级和第二次级分列初级两侧，中间以气隙相隔；电机次级包含调制齿；电机初级为双边对称结构，永磁体内嵌于初级铁心单元轭部。本发明专利技术解决了传统永磁游标电机中固有的永磁体端部漏磁问题，提高永磁体利用率，从而提高电机推力密度；此外，两个电机次级都是由硅钢片叠压而成，对于物流输送线和轨道交通等直线长行程应用，可以节约永磁材料从而大大降低成本。本发明专利技术的电机设计方法可以通过调整永磁体结构参数，利用有限元计算方法反复计算得到永磁电机反电动势幅值最大时所对应的永磁电机的永磁体结构参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到永磁游标电机及获得最佳磁场调制效应的设计方法，特别是高推力密度双定子永磁游标直线电机及获得最佳磁场调制效应的设计方法，适用于物流输送线和轨道交通，属于新型电机制造的
技术介绍
现有长距离物流输送线一股采用低成本直线感应电机，其功率因数和效率都较低，采用永磁结构可以提高性能，而传统永磁直线同步电机一股采用短电枢运动方式，磁极长度由行程决定，长行程时永磁体用量多、成本高，应用面受到了极大的限制。同时一股永磁游标直线电机电枢绕组位于定子上，永磁体位于初级上，遇到了与传统永磁直线同步电机一样的问题，长行程应用将导致巨大的投资成本。另一方面，随着定子永磁型电机以及永磁游标电机研究的深入，磁通切换、磁通反向和双凸极永磁电机以及基于磁场调制效应的永磁游标电机受到了关注，其中永磁游标电机可以将低速磁场调制为高速磁场，具有低速大转矩的特点，但存在漏磁较多，永磁体利用率不高以及功率因数较低的问题。中国专利技术专利申请号201010119957.X公开了一种长定子初级永磁直线电机，实则是一种双凸极永磁直线电机，永磁磁场为单极性，永磁体和绕组都置于初级，长行程应用可以节约成本，其中的具体实施方案3和4的电机模型更接近传统意义上的双凸极电机，但它不具备磁场调制能力，气隙磁场中无用谐波含量较多，限制了推力的输出，同时这些无用谐波产生的损耗加剧了永磁体发热，不利于电机初级散热。中国专利申请号201510209749.1公开了一种定子永磁型电机，其结构类似双凸极永磁电机，但是从图6所示的磁场分布以及运行原理来看，它更接近于磁通切换电机，而非传统的双凸极电机，虽然可以产生双极性的电枢永磁磁链与平滑的转矩输出，但是该电机每隔两个定子凸极齿设置一块永磁体，同一时刻每个绕组所匝链的磁通仅是由一个永磁体产生的，同时不具备磁场调制能力，这就限制了反电动势幅值和转矩输出。双边直线电机相比于单边直线电机，可以进一步提高推力密度，但是目前，双边定子永磁型直线电机的研究不是很多，中国专利申请号201110000290.6公开了一种双边磁通切换永磁直线电动机，其可以产生稳定的推力，但是和普通磁通切换永磁电机一样，同样不具备磁场调制能力，虽然抑制了传统单边磁通切换电机的永磁体端部漏磁，但是其双边磁场各走各的，没有实现串联，其效果只是单边电机的简单叠加，甚至不及单边电机的两倍。中国专利申请号201410259315.8公开了一种双边初级永磁游标直线电机，其两边定子仅由硅钢片叠压而成，绕组和永磁体都位于初级上，但永磁体依然表贴于初级齿表面，严重的永磁体端部漏磁无法避免，导致其功率因数不高，限制了推力输出。而且其双边定子完全对称，导致上下磁路无法串联，只是单边效果的简单叠加，无法充分发挥磁场调制的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有高性能永磁游标直线电机的不足，提出一种高推力密度的双定子永磁游标直线电机及增强磁场调制效应的设计方法。具体地说，本专利技术的电机是采取以下的技术方案来实现的:—种高推力密度双定子永磁游标直线电机，包括初级、第一次级和第二次级，所述第一次级和第二次级分别排列在初级两侧，所述第一次级、第二次级和初级之间以气隙相隔；所述初级包括初级铁心、永磁体、电枢绕组；所述初级铁心由多个初级铁心单元组成；所述初级铁心单元的双边端部均为电枢齿，所述初级铁心单元的中部为轭部，所述电枢绕组绕在电枢齿上；所述初级为双边对称结构；所述初级铁心单元为十字形结构，每个初级铁心单元可以单独构成初级铁心单元组，或者N个初级铁心单元通过串联构成初级铁心单元组(2 < N < 3)，每两个初级铁心单元组相邻的轭部之间以永磁体相连，且永磁体在竖直方向上的厚度等于初级铁心单元轭部厚度，相邻的两块永磁体励磁方向相反且所有永磁体励磁的水平方向分量不能为零，进而产生双极性的永磁磁场；当一个初级铁心单元单独构成初级铁心单元组时，任意相邻两个初级铁心单元之间，由相邻的电枢齿、永磁体以及轭部围成面积相同的齿槽C ;当2 < N < 3时，每个初级铁心单元组的内部由相邻的电枢齿和轭部形成N-1个齿槽A，相邻的两个初级铁心单元组之间由电枢齿、永磁体以及轭部围成一个齿槽B，且齿槽A与齿槽B形成的面积相等；所述第一次级和第二次级均为等齿宽的凸极结构，凸极部分作为调制齿，第一次级和第二次级不完全对称，第一次级调制齿的中心线与第二次级槽的中心线重合，形成齿槽相对的结构，能够使两边磁路实现串联。进一步，所述永磁体在竖直方向上的顶端和底端正对着初级铁心单元电枢齿齿槽中间位置，所述永磁体的数目与初级铁心单元组的数目相等；所述永磁体的极对数与电枢绕组的极对数之和等于所述第一次级或第二次级的凸极齿数。进一步，所述初级铁心采用直槽结构，或采取半闭口槽结构；所述第一次级、第二次级的调制齿采用直齿结构，或采用斜齿结构。进一步，所述初级铁心单元组仅由一个初级铁心单元组成。进一步，所述初级铁心的半闭口槽结构满足:直槽部分槽宽为bSl，极靴部分槽开口宽度为 bs。，极靴宽度为 T，bSl: T = 0.6,bSl: bs0= 4.2 ；所述第一次级、第二次级中调制齿的斜齿结构满足:凸出的调制齿顶宽为d2，齿底部宽为s2，槽底部、槽顶部宽度分别是山、81，Sl: s2= 3: 2, di: d2= 2o进一步，所述电枢绕组的相数多3相；电枢绕组采用分布式绕制方式，为单层或者双层。进一步，所述永磁体采用铁氧体、钕铁硼材料，为长方体结构。进一步，所述初级铁心单元、第一次级、第二次级由硅钢片叠压而成。进一步，所述电枢绕组的相数为3相，永磁体采用12对极，第一次级、第二次级的调制齿的齿数为14时，电枢绕组的跨距为6个电枢齿。本专利技术的设计方法的技术方案为:一种高推力密度双定子永磁游标直线电机增加磁场调制效应的设计方法，包括如下步骤:步骤1，在满足永磁体的极对数与电枢绕组的极对数之和等于所述第一次级或第二次级的凸极齿数关系式的情况下，确定一定的永磁体极对数和次级调制齿数的配合；步骤2，保持次级极距不变的情况下，同时调整第一次级和第二次级的调制齿槽顶部宽度Sl和调制齿齿底部宽s2的比值Sl: s2，以及调制齿的长度，使得电机磁场未达到饱和时电机反电动势达到最大值；步骤3，在保持初级极距不变的情况下，同时调整电机初级的直槽部分槽宽bsjP极靴宽度T的比值bSl: T，以及极靴部分槽开口宽度bs。的值，使得电机磁场未达到饱和时电机反电动势达到最大值；步骤4，通过调整永磁体结构参数，在电机磁场未达到饱和时，利用有限元计算方法反复计算得到电机反电动势幅值最大时所对应的电机的永磁体结构参数，所述永磁体结构参数主要有:永磁体的宽度w:、永磁体沿初级铁心单元轭部的厚度w2、永磁体励磁方向(X，y);所述电机相邻的两个永磁体在设计优化其励磁方向时保证方向相反且所有永磁体励磁的水平方向分量不能为零；在调整永磁体的结构参数时，永磁体的宽度、永磁体沿初级铁心单元轭部的厚度w2、永磁体励磁方向(X，y)需同时参与优化；步骤5，调整电机第一次级和第二次级槽顶宽山和调制齿顶宽d 2的比值d:: d 2，在电机磁场未饱和情况下，调整至定位力较小、反电动势最大为止。步骤6，调制永磁体的极对数和次级调制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双定子永磁游标直线电机，包括初级(1)、第一次级(6)和第二次级(7)，所述第一次级(6)和第二次级(7)分别排列在初级(1)两侧，所述第一次级(6)、第二次级(7)和初级(1)之间以气隙(9)相隔；所述初级(1)包括初级铁心、永磁体(3)、电枢绕组(4)；所述初级铁心由多个初级铁心单元(2)组成；所述初级铁心单元(2)的双边端部均为电枢齿(5)，所述初级铁心单元(2)的中部为轭部，所述电枢绕组(4)绕在电枢齿(5)上；其特征在于：所述初级(1)为双边对称结构；所述初级铁心单元(2)为十字形结构，每个初级铁心单元(2)可以单独构成初级铁心单元组，或者N个初级铁心单元(2)通过串联构成初级铁心单元组(2≤N≤3)，每两个初级铁心单元组相邻的轭部之间以永磁体(3)相连，且永磁体(3)在竖直方向上的厚度等于初级铁心单元轭部厚度，相邻的两块永磁体(3)励磁方向相反且所有永磁体励磁的水平方向分量不能为零，进而产生双极性的永磁磁场；当一个初级铁心单元(2)单独构成初级铁心单元组时，任意相邻两个初级铁心单元(2)之间，由相邻的电枢齿(5)、永磁体(3)以及轭部围成面积相同的齿槽C；当2≤N≤3时，每个初级铁心单元组的内部由相邻的电枢齿和轭部形成N‑1个齿槽A(10)，相邻的两个初级铁心单元组之间由电枢齿、永磁体(3)以及轭部围成一个齿槽B(11)，且齿槽A(10)与齿槽B(11)形成的面积相等；所述第一次级(6)和第二次级(7)均为等齿宽的凸极结构，凸极部分作为调制齿(8)，第一次级(6)和第二次级(7)不完全对称，第一次级(6)调制齿(8)的中心线与第二次级(7)槽的中心线重合，形成齿槽相对的结构，能够使两边磁路实现串联。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文祥，朱剑，吉敬华，刘国海，刘正蒙，陈前，陈金维，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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