一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机制造技术

本发明专利技术公开了一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，包括内侧定子、外侧定子以及内侧定子和外侧定子中间的长动子，内侧定子、外侧定子长度相等且小于长动子长度；所述内侧定子和外侧定子一侧通过E型非导磁材料管连接成一个整体，E型非导磁材料管与车厢直接固连，悬架弹簧安装在电机长动子与E型非导磁材料管之间，长动子另一侧直接与车架、轮胎相接；所述E型非导磁材料管的中间开口方向即为长动子的运动方向；本发明专利技术实现了电枢和永磁体的相互分离，既能大大提高电机的空间使用率，降低电机推力波动，同时还可以降低永磁体使用量和电枢的长度，更重要的是减轻了电机散热压力，极大减轻了电磁悬架系统的簧下质量，提高了电磁悬架系统的动态性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机设计
，更准确地说是涉及一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，尤其适用于汽车悬架系统等要求高推力能力、高可靠性的系统中。
技术介绍
随着社会的发展以及科学技术的进步，人们对乘车的舒适性和安全稳定性的要求越来越高，作为现代汽车的重要组成部分，悬架系统的性能对汽车的行驶平顺性和操作稳定性等有着极其重要的影响，悬架系统性能的研究受到业内高度重视，作为主动电磁悬架系统的核心部件，圆筒电机成为研究焦点。国内外学者提出了很多不同结构的圆筒电机，分别适用于不同的领域。按照不同的分类标准，圆筒电机可分为不同种类。其中包括按照定子和动子长短不同可分为长定子圆筒电机和长动子圆筒电机，按照永磁体摆放位置不同可分为初级永磁型圆筒电机和次级永磁型圆筒电机；按照定子数目不同可分为单定子圆筒电机和双定子圆筒电机。中国专利技术专利授权公告号CN 101882819 A和CN 101795048 B分别公开了一种初级永磁型和次级永磁型圆筒永磁电机。可以发现，对于长定子圆筒电机，初级永磁型电机会大大增加永磁体使用量，而次级永磁型电机则会增大电枢的长度，这都会大大增大电机的设计和加工成本，严重阻碍圆筒电机的应用和推广。和双定子圆筒永磁电机相比，单定子圆筒永磁电机结构简单，易于加工制作，设计和制作成本相对较少。另外单定子圆筒永磁电机的损耗小，散热方便也是其使用广泛的主要原因之一。但是，双定子圆筒电机拥有机械集成度和空间使用率高、推力密度高且推力波动小等优点已成为研究热点。另外，针对长电枢结构和长磁极结构的整体成本都很高的问题，为了降低成本，现有办法是采用圆筒型开关磁链永磁直线同步电机，即将永磁体放置在定子或者动子电枢上，因为电枢长度也不长，其永磁体用量会大大减少，成本大大降低。但也带来新的问题：一方面是线圈将永磁体包围在电枢内侧，散热条件太差，电机温升严重；另一方面槽面积与永磁体位置互相制约，推力密度受到了严重限制，降低电机效率。
技术实现思路
针对圆筒直线电机现有技术的发展现状和所存在的上述技术问题，本专利技术提出一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，将永磁体从电枢中独立出来，实现电枢和永磁体的相互分离，既能大大提高电机的空间使用率，增大电机的推力密度，降低电机推力波动，同时还可以降低永磁体使用量和电枢的长度，节省电机的设计和制作成本，更重要的是减轻了电机散热压力，极大减轻了电磁悬架系统的簧下质量，提高了电磁悬架系统的动态性能。具体地说，本专利技术采用如下的技术方案来实现：一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，包括内侧定子、外侧定子以及内侧定子和外侧定子中间的长动子，内侧定子、外侧定子长度相等且小于长动子长度；所述内侧定子和外侧定子一侧通过E型非导磁材料管连接成一个整体，E型非导磁材料管与车厢直接固连，悬架弹簧安装在电机长动子与E型非导磁材料管之间，长动子另一侧直接与车架、轮胎相接；所述E型非导磁材料管的中间开口方向即为长动子的运动方向；所述内侧定子、外侧定子和长动子之间分别具有气隙g1和g2；所述气隙g1和g2应满足g1>g2，且g1、g2均大于零；内侧定子和外侧定子采用不同的结构，内侧定子上设有表贴或者内嵌在电枢上的永磁体，外侧定子上设有放置线圈绕组的电枢。所述的长动子是由nc个调磁环沿电机轴向均匀排布组成，且调磁环和内定子电枢都是由导磁材料构成；所述调磁环个数nc和永磁体极对数np以及电机绕组极对数nw之间满足如下关系式：nc＝np+nw，从而达到游标调制效应。进一步，所述外侧定子包括外定子电枢铁芯、线圈绕组、电枢齿和容错齿；所述外侧定子电枢铁芯为导磁材料构成，所述电枢齿和容错齿数目相同，且两者交错间隔排列，相邻两个电枢齿之间设置一个容错齿，容错齿的径向厚度等于极靴的径向厚度加上电枢齿的径向厚度，电枢齿的轴向厚度大于容错齿的轴向厚度小于极靴的轴向厚度，所述线圈绕组为m相，m为大于等于1的正整数。每一相绕组有双套线圈绕组，并且采用集中绕组分相方式，每一个电枢齿槽中只放置一套线圈绕组，即相应的有2m个电枢齿和容错齿。进一步，所述内侧定子上的永磁体能够采用径向单极性励磁方式，或者径向交替励磁方式，或者轴向交替励磁方式，或者阵列励磁形式；所述永磁体采用径向单极性励磁方式或者径向交替励磁时，将永磁体进行轴向分段以减小永磁体中的涡流损耗；所述永磁体采用阵列形式以起到聚磁作用时，每一对永磁体有两个永磁体阵列，每个永磁体阵列由若干奇数块永磁体组成，中间的永磁体分别为径向交替励磁，两侧的永磁体的充磁方向均按轴向方向指向中间的径向励磁的永磁体，最终所述内侧定子永磁体极对数为np。进一步，该电机适用于任意极槽配比2*np/ns的圆筒电机，只需根据不同的极槽配比，调整调磁环的个数从而满足调制比关系，达到调制效应。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的双定子结构实现了定子电枢和永磁体的相互分离和独立，既解决永磁体占用定子槽面积，电机空间利用率不高的问题，又解决了永磁体置于定子电枢内散热困难的问题。外定子铁芯中引入轴向宽度较小的容错齿，在不影响槽面积的情况下，起到了对电机相与相之间的物理隔离，实现了相与相间的电隔离、热隔离以及磁路解耦，从而达到很好的容错性能，使其在对可靠性要求比较高的汽车悬架系统等领域中具有很好的应用前景。另外，永磁体从外定子电枢中独立到内定子上，大大降低了永磁体的用量，节省电机的设计和加工成本，同时便于永磁体散热。2、电机长动子是由nc个调磁环沿电机轴向均匀排布组成，既能方便长动子组装，还能根据不同的极槽配比，调整调磁环的个数从而满足调制比关系，实现调制效应。双定子结构和游标电机的有效组合大大增大了电机推力密度，减小推力脉动，提高电机效率。另外，圆筒电机和游标效应的组合使得电机具有更大的推力密度，更高的效率，从而使整个电磁悬架系统具有更高的效率，更快的反应速度以及更强的稳定性。3、双定子圆筒游标电机和电磁悬架相结合，解决了传统圆筒永磁电机在相同体积下存在电机推力不足的问题，从而能有效满足电磁悬架对推力的要求；同时大大减小了电磁悬架簧下质量，提高了悬架系统的响应速度，改善电磁悬架系统的动态性能。4、本专利技术适用于多种永磁体励磁和放置方式，能够根据不同的需要和应用领域选择相应的永磁体励磁和放置方式。其中永磁体阵列的励磁方式起到了聚磁的作用，从而大大增大电机推力和永磁体的利用效率。另外，永磁体采用径向单极性励磁方式或者径向交替励磁时，将永磁体进行轴向分段以减小永磁体中的涡流损耗，提高电机效率。附图说明图1为本专利技术电磁悬架容错永磁游标圆筒电机的结构整体示意图；图2为本专利技术实施例1五相电磁悬架容错永磁游标圆筒电机结构示意图；图3为本专利技术实施例2五相电磁悬架容错永磁游标圆筒电机结构示意图；图4为本专利技术实施例3五相电磁悬架容错永磁游标圆筒电机结构示意图；图5为本专利技术实施例4五相电磁悬架容错永磁游标圆筒电机结构示意图。图中：1.外侧定子；2.线圈绕组；3.电枢齿；4.容错齿；5.长动子；6.调磁环；7.内侧定子；8.永磁体；9.车厢；10.悬架弹簧；11.车架；12.极靴。具体实施方式图1为本专利技术电磁悬架容错永磁游标圆筒电机的结构整体示意图。下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方案为了能够更加简单明了地说明本专利技术的电磁悬架容错永磁游标圆筒电机的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，其特征在于，包括内侧定子(7)、外侧定子(1)以及内侧定子(7)和外侧定子(1)中间的长动子(5)，内侧定子(7)、外侧定子(1)长度相等且小于长动子(5)长度；所述内侧定子(7)和外侧定子(1)一侧通过E型非导磁材料管连接成一个整体，E型非导磁材料管与车厢(9)直接固连，悬架弹簧(10)安装在电机长动子(5)与E型非导磁材料管之间，长动子(5)另一侧直接与车架(11)、轮胎相接；所述E型非导磁材料管的中间开口方向即为长动子(5)的运动方向；所述内侧定子(7)、外侧定子(1)和长动子(5)之间分别具有气隙g1和g2；所述气隙g1和g2应满足g1>g2，且g1、g2均大于零；内侧定子(7)和外侧定子(1)采用不同的结构，内侧定子(7)上设有表贴或者内嵌在电枢上的永磁体(8)，外侧定子(1)上设有放置线圈绕组(2)的电枢；所述的长动子(5)是由nc个调磁环(6)沿电机轴向均匀排布组成，且调磁环(6)和内定子电枢都是由导磁材料构成；所述导磁环(6)之间是有非导磁材料构成；所述调磁环(6)个数nc和永磁体极对数np以及电机绕组极对数nw之间满足如下关系式：nc＝np+nw，从而达到游标调制效应。...

【技术特征摘要】
1.一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，其特征在于，包括内侧定子(7)、外侧定子(1)以及内侧定子(7)和外侧定子(1)中间的长动子(5)，内侧定子(7)、外侧定子(1)长度相等且小于长动子(5)长度；所述内侧定子(7)和外侧定子(1)一侧通过E型非导磁材料管连接成一个整体，E型非导磁材料管与车厢(9)直接固连，悬架弹簧(10)安装在电机长动子(5)与E型非导磁材料管之间，长动子(5)另一侧直接与车架(11)、轮胎相接；所述E型非导磁材料管的中间开口方向即为长动子(5)的运动方向；所述内侧定子(7)、外侧定子(1)和长动子(5)之间分别具有气隙g1和g2；所述气隙g1和g2应满足g1>g2，且g1、g2均大于零；内侧定子(7)和外侧定子(1)采用不同的结构，内侧定子(7)上设有表贴或者内嵌在电枢上的永磁体(8)，外侧定子(1)上设有放置线圈绕组(2)的电枢；所述的长动子(5)是由nc个调磁环(6)沿电机轴向均匀排布组成，且调磁环(6)和内定子电枢都是由导磁材料构成；所述导磁环(6)之间是有非导磁材料构成；所述调磁环(6)个数nc和永磁体极对数np以及电机绕组极对数nw之间满足如下关系式：nc＝np+nw，从而达到游标调制效应。2.根据权利要求1所述的一种电磁悬架容错永磁游标圆筒电机，其特征在于，所述外侧定子(1)包括外定子电枢铁芯、线圈绕组(2)、电枢齿(3)和容错齿(4)；所述外侧定子(1)电枢铁芯为导磁材...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华伟，陆震，刘国海，赵文祥，吉敬华，徐亮，陈龙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32