CN102684449A

CN102684449A - 一种高功率密度的永磁直线电机

Info

Publication number: CN102684449A
Application number: CN201210178036XA
Authority: CN
Inventors: 张强; 刘政宇; 孟繁荣; 游江; 张镠钟; 李军; 毕洪大; 霍虹
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明的目的在于提供一种高功率密度的永磁直线电机，包括初级结构、次级结构，初级结构和次级结构之间为支撑结构，初级结构包括初级铁心、电枢绕组，初级铁心表面开设有主线槽和端部槽，主线槽沿次级结构的运动方向均匀分布，主线槽与端部槽相连通，电枢绕组安装在主线槽和端部槽中；次级结构包括次级铁心、主磁极、辅助磁极，主磁极安装在次级铁心上，主磁极的个数为偶数个，主磁极沿次级结构的运动方向上南、北极交替排列，每个主磁极的两侧安装与其磁性相反的辅助磁极。本发明电枢绕组的利用率高，功率密度高。

Description

一种高功率密度的永磁直线电机

技术领域

本发明涉及的是一种电机，具体地说是直线电机。

背景技术

现有的各种直线电机，其电枢绕组不可避免地存在有端部，但是在实际运行过程中，电枢绕组的端部并不参与机电能量转换，电流流经端部时产生的端部磁场，对电机的运行会带来不利的影响，并且绕组端部的存在，还会导致电机重量、体积的增加。功率密度的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供充分利用电机电枢绕组的端部、进一步改善永磁直线电机的运行性能的一种高功率密度的永磁直线电机。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种高功率密度的永磁直线电机，包括初级结构、次级结构，初级结构和次级结构之间为支撑结构，其特征是：初级结构包括初级铁心、电枢绕组，初级铁心表面开设有主线槽和端部槽，主线槽沿次级结构的运动方向均匀分布，主线槽与端部槽相连通，电枢绕组安装在主线槽和端部槽中；次级结构包括次级铁心、主磁极、辅助磁极，主磁极安装在次级铁心上，主磁极的个数为偶数个，主磁极沿次级结构的运动方向上南、北极交替排列，每个主磁极的两侧安装与其磁性相反的辅助磁极。

本发明还可以包括：

1、辅助磁极的宽度与主磁极相同。

2、构成电枢绕组的线圈的导体边放置在主线槽中，线圈的端部放置在端部槽中。

3、所述的主线槽的端部延伸至端部槽的外侧。

本发明的优势在于：

（1）具有本发明特征的永磁直线电机，其电枢绕组的利用率高。在其电枢绕组中不存在有传统永磁直线电机绕组中的端部，在电机的运行过程中，流经电枢绕组的电流被充分利用，以形成气隙主磁场（包括电流流经位于主线槽中的绕组导体所形成的磁场，和电流流经位于端部槽中的绕组导体所形成的磁场），全部的电枢绕组都参与了电机的机电能量转换过程。

（2）具有本发明特征的永磁直线电机，其功率密度（或称为力密度）高。在运行过程中，其总的电磁力由两个部分构成：电流流过位于主线槽中的绕组导体时形成的磁场，与次级上主磁极所形成的磁场相互作用，产生的电磁力F1；电流流过位于端部槽中的绕组导体时，电流所产生的磁场与次级上的主磁极和辅助磁极相互作用，产生的电磁力F2，因此与现有的其他永磁直线电机相比，具有本发明结构的永磁直线电机可以产生更大的电磁力，拥有更高的功率密度。

附图说明

图1为本发明运动方向视图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2中的初级结构没有放置电枢绕组时的俯视图；

图4为图2中的初级放置有电枢绕组时的俯视图；

图5为图4的AA剖面图；

图6为图2中的次级结构的仰视图；

图7为主线槽延伸至端部槽外侧的初级结构。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～6，本发明提出的一种具高功率密度的永磁直线电机，从电机主体的构成来讲，与现有的传统永磁直线电机相同，都是由放置有电枢绕组的初级、安装有永磁磁极的次级，以及初级和次级之间的支撑结构等组成。主要的区别是在于初级和次级的具体结构上，具体结构如下：

（1）初级结构。初级铁心1为平板结构；初级铁心1与次级相对的表面上开设有多个主线槽2，主线槽2沿次级的运动方向均匀分布；所有主线槽2的两端都分别于两个端部槽3连接；电枢绕组4放置在主线槽2和端部槽3中，其中构成电枢绕组4的线圈的导体边放置在主线槽2中，线圈的端部放置在端部槽3中。

（2）次级结构。次级铁心5为平板结构；在次级铁心5与初级相对的表面上固定安装有多个，且为偶数个的主磁极6，主磁极6沿次级的运动方向N、S极（即磁场的南、北极）交替排列，主磁极6与初级上主线槽2之间的数量以及相对位置关系和现有的传统结构的永磁直线电机相同；在每个主磁极6的两侧，即在运动平面内垂直于运动方向的方向，放置有极性与之相反的辅助磁极7，辅助磁极7的宽度，即运动方向的长度，与主磁极6相同，辅助磁极7与初级铁心1位于端部槽3外侧（两个端部槽3的内侧为主线槽2所在区域）的铁心部分沿垂直于运动平面的法向相对应。

选取初级上主线槽2和次级上主磁极6的数目，其他结构尺寸，可通过电磁计算获得。

初级铁心1采用铁磁材料制成，例如硅钢片叠压制成。

主线槽2和端部槽3可选取矩形槽，或半开口槽等槽型。

电枢绕组4采用漆包线绕制，各相绕组的绕制方法和空间放置位置与现有的永磁直线电机相同。

次级铁心5采用铁磁材料制成，例如硅钢片叠压制成。

主磁极6和辅助磁极7采用永磁材料充磁制成，充磁方向为与运动平面垂直的法向。所有主磁极6的尺寸都相同；所有辅助磁极7的尺寸都相同。

主磁极6和辅助磁极7可采用粘贴等方式固定在次级铁心5上。

初级和次级之间的支撑结构可采用现有的各种轮式支撑结构、磁悬浮支撑结构等。

具有本发明特征的高功率密度的永磁直线电机，可以采用多种控制方式运行，以无刷直流直线电机控制方式运行于电动工况时为例：电枢绕组4从外部控制器获得电流，电流流过位于主线槽2中的绕组导体时形成的磁场，与次级上主磁极6所形成的磁场相互作用，产生电磁力F1，电磁力F1产生的机理与传统的永磁直线电机完全相同；电流流过位于端部槽3中的绕组导体时，电流所产生的磁场与次级上的主磁极6和辅助磁极7相互作用，产生电磁力F2，这部分磁场主磁通经过端部槽3外侧的初级铁心-气隙-辅助磁极7-次级铁心5-主磁极6-气隙-端部槽3内侧的初级铁心-初级铁心1的轭部-端部槽3外侧的初级铁心，进而形成闭合回路，这种磁场分布具有横向磁场电机内部磁场分布的特征，电磁力F1和F2方向相同，在这两个电磁力的作用下，次级开始运动，随着电枢绕组4中的电流不断换相，电枢绕组4中的电流所形成的磁场不断向前（电机的运动方向）运动，带动次级连续运动，实现机电能量转换。

实施方式2：

在实施方式1的基础上，在初级铁心1上，主线槽2延伸至端部槽3的外侧，如图7所示。

Claims

1.一种高功率密度的永磁直线电机，包括初级结构、次级结构，初级结构和次级结构之间为支撑结构，其特征是：初级结构包括初级铁心、电枢绕组，初级铁心表面开设有主线槽和端部槽，主线槽沿次级结构的运动方向均匀分布，主线槽与端部槽相连通，电枢绕组安装在主线槽和端部槽中；次级结构包括次级铁心、主磁极、辅助磁极，主磁极安装在次级铁心上，主磁极的个数为偶数个，主磁极沿次级结构的运动方向上南、北极交替排列，每个主磁极的两侧安装与其磁性相反的辅助磁极。

2.根据权利要求1所述的一种高功率密度的永磁直线电机，其特征是：辅助磁极的宽度与主磁极相同。

3.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度的永磁直线电机，其特征是：构成电枢绕组的线圈的导体边放置在主线槽中，线圈的端部放置在端部槽中。

4.根据权利要求1或2所述的一种高功率密度的永磁直线电机，其特征是：所述的主线槽的端部延伸至端部槽的外侧。

5.根据权利要求3所述的一种高功率密度的永磁直线电机，其特征是：所述的主线槽的端部延伸至端部槽的外侧。