基于电磁感应驱动的弧线电机制造技术

本发明专利技术提供了一种基于电磁感应驱动的弧线电机，用于具有特殊需要的弧形路径电机驱动中。本发明专利技术的弧线电机为电磁感应式，包括定子、转子和电磁铁；转子为两层材质的柱状结构，外层材质为铜，内层材质为铁；电磁铁布置在转子的正上方，与转子内层相互作用实现磁悬浮。定子的线圈绕组通过电流时，在空气隙中产生移动磁场，转子表面因磁场变化感应出涡流，涡流与产生的气隙磁场相互作用，在洛伦兹力的作用下产生驱动转子转动的力矩，驱动弧线形转子沿着弧形导轨运动。本发明专利技术的弧线电机，结构简单，制造安装方便，较容易实现磁悬浮，成本比永磁式电机要低，并且耐高温。

Arc motor based on electromagnetic induction drive

The invention provides an arc motor based on electromagnetic induction, which is used in the arc path motor drive with special requirements. The arc motor of the invention is electromagnetic induction type, which comprises a stator, rotor and rotor electromagnet; for columnar structure of two layers, the outer layer material is made of copper, iron; electromagnet arranged in the right above the rotor, and the rotor inner interaction of magnetic levitation. The coil winding of the stator current through the magnetic field generated when moving in the air gap, the surface of the rotor due to changes in the magnetic field induced eddy current, eddy current and the air gap magnetic field interaction, the rotor rotation torque drive in Lorenz under the action of force driven arc shaped rotor motion along the arc-shaped guide rail. Arc motor, the invention has the advantages of simple structure, convenient manufacture and installation, easy to implement low cost magnetic levitation, billom type motor, and high temperature resistance.

【技术实现步骤摘要】
基于电磁感应驱动的弧线电机
本专利技术涉及具有特殊需要的弧形路径电机驱动领域，具体涉及一种基于电磁感应的双层转子的弧线电机。
技术介绍
电机作为驱动系统的核心部件，在把电信号转化为机械信号的过程中起到了重要作用。比较常见的有异步感应旋转电机，永磁同步旋转电机和永磁式直线电机等等，其工作原理无外乎两种，一种为基于法拉第电磁感应定律的电感式，一种为基于磁极间相互作用的永磁式。永磁同步电机，磁动势由永磁体产生。磁动势、电压和电流的波形均为正弦波形。高性能的运动控制系统需要伺服操作系统，永磁同步电机具有响应迅速、高功率密度和效率高的优点。但是，在一些情况下，永磁式电机有一些较为明显的缺点。我国稀土资源紧缺，用以制造转子永磁体的材料不足，导致价格昂贵；永磁电机不仅价格较贵，永磁体性能对温度变化也较为敏感，在不损害磁体的情况下，感应电机的定子峰值电流可以是转子电流的几倍；此外，永磁电机无法做到功率很大，而感应式电机可以通过增大励磁电流获得较大的输出功率。现今情况下，旋转电机逐渐满足不了机电系统的需求，因此便出现了一些具有特殊功能的电机，比如直线电机，球电机等等。在一些系统中，还需要转子作弧线运动，因此需要一种满足要求的弧线电机，但几乎没有以电磁感应为基础的弧线电机。
技术实现思路
本专利技术从传统旋转电机和直线电机中得到启发，专利技术了一种基于电磁感应式的双层转子的弧线电机，并在相应的垂直方向上通过电磁铁使其实现磁悬浮，极大程度上消除了摩擦和转子磨损。本专利技术提供了一种基于电磁感应驱动的弧线电机，为电磁感应式，包括定子、转子和电磁铁；其中转子为两层材质的柱状结构，外层材质为铜，内层材质为铁；电磁铁布置在转子的正上方。所述的定子的线圈绕组在通过电流时，在空气隙中产生一个移动磁场，转子表面产生因磁场变化感应出的涡流；所述的转子的内层与定子和所产生的气隙磁场形成闭合磁场回路；所述的涡流与产生的气隙磁场相互作用，在洛伦兹力的作用下产生一个驱动转子转动的力矩，驱动弧线形转子沿着弧形导轨运动。所述的转子内层还与电磁铁相互作用实现磁悬浮。本专利技术的优点与积极效果在于：1)本专利技术的弧线电机采用电磁感应式，通过增大励磁电流，可以获得较大的输出功率，响应较快，转子可以连续平滑转动，成本比永磁式电机要低，并且耐高温。2)本专利技术的电机转子结构为双层不同材料的柱状转子结构。外层为铜，用以产生涡流，从而在滑移磁场的作用下产生驱动力矩；内层为铁，导磁率较高，与定子和气隙磁场产生磁回路。本专利技术结构简单，制造安装方便，并且较容易实现磁悬浮。3)本专利技术的电机在转子的垂直方向上利用电磁铁对铁层转子的吸引力较易实现磁悬浮。代替了轴承，减少了摩擦和材料损耗，可以获得较高的转动速度，同时通过改变电磁铁的电流大小来改变垂直方向上转子的相对位置。附图说明图1是本专利技术的弧线电机的结构示意图；图2是本专利技术的弧线电机的侧面结构示意图；图3是本专利技术提供的一个定子绕组的通电相序示例图；图4是本专利技术的双层转子结构示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。传统电磁感应式电机的转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。而本专利技术提供的基于电磁感应驱动的弧线电机的转子不再使用传统感应电机的鼠笼导条结构，而是两层的柱状结构。本专利技术的弧线电机为电磁感应式，如图1所示，包括定子、转子和若干电磁铁。其中，定子绕组1安装在定子铁芯2上的定子槽3上。转子的外边面为弧线形可沿着弧形导轨运动。转子是两层材质的柱状结构，外层材质是铜，称为铜层转子4，内层材质为铁，称为铁层转子5。若干电磁铁6布置在转子的正上方。内层转子为导磁率较高的铁，一个作用是用来与定子和气隙磁场形成闭合磁场回路，另一个作用是与电磁铁相互作用实现磁悬浮。两层转子结构相互结合在一起，可以考虑在铁柱表面上镀铜实现。定子铁芯内嵌入具有一定相序的线圈绕组，通过相应的电流，就会在空气隙中产生一个移动磁场，转子表面产生因磁场变化感应出的涡流。定子线圈绕组通电后，转子与定子和气隙磁场所形成的闭合磁场回路是定子→空气隙→铜层转子→铁质转子→铁质转子→铜层转子→空气隙→定子。涡流与所产生的气隙磁场相互作用，在洛伦兹力的作用下产生一个驱动转子转动的力矩，驱动弧线形转子沿着弧形导轨运动。本专利技术的电机在转子的垂直方向上利用电磁铁对铁层转子的吸引力较易实现磁悬浮。因为内层转子为铁质材料，是磁性材料，所以在转子正上方布置若干电磁铁，可以吸引内层的铁质转子，以抵消转子的自重。可以使用电涡流传感器实时监测电磁铁与铁质转子间的空气隙的大小，从而通过改变电磁铁的电流来改变吸引力的大小，使铁质转子维持在一个恒定的位置。通过改变电磁铁的电流大小来改变垂直方向上转子的相对位置的方式代替了轴承，减少了摩擦和材料损耗，转子也可以获得较高的转动速度。如图3所示，为定子绕组的通电相序，以6槽为例，绕组分相如下所示，其分相规律类似于普通的旋转式感应电机，电源的三相A,B,C依次相差120°相位。图中，以B相绕组为例，B+与B-是同一相电流，可以是同一匝绕组，相位是相同的，但电流正方向不同。本专利技术的弧线电机，可通过增大定子的励磁电流，获得较大的输出功率，增大驱动转矩，实现转子的连续平滑转动，成本比永磁式电机要低，并且耐高温。如图4所示，为双层的电机转子结构，外层铜质转子用来产生涡流，内层铁质转子用来构成磁场回路。由于集肤效应的作用，外层转子不宜做的太厚，其中可以根据以下公式计算涡流渗透深度，从而估计铜层转子的厚度δ。其中，ω为定子线圈电流的角频率，σ为铜质转子的电导率，μ0为真空磁导率，μr为铜质转子的相对磁导率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁感应驱动的弧线电机，为电磁感应式，其特征在于，包括定子、转子和电磁铁；其中转子为两层材质的柱状结构，外层材质为铜，内层材质为铁；电磁铁布置在转子的正上方；所述定子的线圈绕组通过电流时，在空气隙中产生一个移动磁场，转子表面产生因磁场变化感应出的涡流；所述的转子的内层与定子和所产生的气隙磁场形成闭合磁场回路；所述的涡流与产生的气隙磁场相互作用，在洛伦兹力的作用下产生一个驱动转子转动的力矩，驱动弧线形转子沿着弧形导轨运动；所述的转子内层还与电磁铁相互作用实现磁悬浮。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁感应驱动的弧线电机，为电磁感应式，其特征在于，包括定子、转子和电磁铁；其中转子为两层材质的柱状结构，外层材质为铜，内层材质为铁；电磁铁布置在转子的正上方；所述定子的线圈绕组通过电流时，在空气隙中产生一个移动磁场，转子表面产生因磁场变化感应出的涡流；所述的转子的内层与定子和所产生的气隙磁场形成闭合磁场回路；所述的涡流与产生的气隙磁场相互作用，在洛伦兹力的作用下产生一个驱动转子转动的力矩，驱动弧线形转子沿着弧形导轨运动；所述的转子内层还与电磁铁相互作用实现磁悬浮。2.根据权利要求1所述的弧线电机，其特征在于，所述的电磁铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：严亮，段子豪，焦宗夏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11