CN102780379A - 开关磁阻直线电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种开关磁阻直线电机及其次级铁心，包括初级和次级，所述初级包括一一对应的N个初级铁心和N个初级线圈组，各所述初级线圈组设在与其对应的所述初级铁心的内部，所述次级包括转轴及M个次级铁心，其中的N个所述次级铁心分别设在N个所述初级线圈组的内部，M、N均为不小于2的自然数且M＞N，所述次级铁心包括环状基体，各所述次级铁心的基体均固套在所述转轴上，所述基体的外周面设有一圈能够与所述初级铁心形成闭合磁路的齿。由于设置有齿次级铁心，所以能够有效缩短磁路，减小磁阻，提高效率。

Description

开关磁阻直线电机

技术领域

本申请涉及开关磁阻直线电机。

背景技术

开关磁阻直线电机的基本原理是：磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，由磁场扭曲而产生电磁拉力。电机按照磁阻最小原则运动：当初级线圈通入电流，就会在初级铁心中形成磁场，与次级铁心形成闭合磁路，按照磁阻最小原则，拖动次级移动，直至初级、次级铁心极对齐；若要次级连续移动，电机应至少两相，两相及多于两相的电机具有自起动能力。

如图1所示，开关磁阻直线电机包括初级和次级两部分，其中初级包括A、B、C三相。若起始位置为C相的初级、次级铁心极对齐，当初级线圈A相通入电流后，次级则会向图1中箭头方向移动一定距离，接着断开A相并接通B相，则次级会向图1中箭头方向再移动一定距离，若要使电机次级连续向一个方向移动只需要使A、B、C三相依次循环导通关断；若要使电机次级向反方向连续移动，则只需要使C、B、A三相依次循环导通关断即可。电机的运行方向只与A、B、C三相的导通次序有关，而与三相的通入电流方向无关。

发明内容

本申请提供一种能够缩短磁路、减小磁阻和提高效率的开关磁阻直线电机及其次级铁心。

本申请提供一种开关磁阻直线电机的次级铁心，包括环状基体，所述基体的外周面设有一圈齿。

进一步的，所述齿对称分布在所述基体的外周面。

进一步的，所述齿和基体均由导磁材料制成。

进一步的，所述齿是永磁体，所述基体由非导磁材料制成。

一种开关磁阻直线电机，包括初级和次级，所述初级包括一一对应的N个初级铁心和N个初级线圈组，各所述初级线圈组设在与其对应的所述初级铁心的内部，所述次级包括转轴及M个次级铁心，其中的N个所述次级铁心分别设在N个所述初级线圈组的内部，M、N均为不小于2的自然数且M＞N，所述次级铁心包括环状基体，各所述次级铁心的基体均固套在所述转轴上，所述基体的外周面设有一圈能够与所述初级铁心形成闭合磁路的齿。

基体固套在转轴上的方式有：基体与转轴独立设置并固定一体；基体和转轴一体成型。

进一步的，所述齿对称分布在所述基体的外周面。

进一步的，所述齿和基体均由导磁材料制成。

进一步的，所述齿是永磁体，所述基体由非导磁材料制成。

进一步的，所述次级还包括多个隔离环，所述隔离环和次级铁心沿所述转轴的轴向交替分布。

进一步的，所述初级和次级满足如下条件：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\τ}}_r}{q}\≤{\mathrm{\β}}_s\≤\frac{{\mathrm{\τ}}_r}{2}\\ {\mathrm{\β}}_s\≤{\mathrm{\β}}_r\≤{\mathrm{\τ}}_r-{\mathrm{\β}}_s\end{array}\right.$

其中,τ_r为次级极距，β_s、β_r分别为初级极宽和次级极宽，q为初级极数。

本申请的有益效果是：1)由于设置有齿次级铁心，所以能够有效缩短磁路，减小磁阻，提高效率。2)当齿采用永磁体时，能有效减少漏磁，可等效为激励源，从而可以减小电流励磁激励，提高了效率，增加了直线电机运行的稳定性。3)通过永磁体的引入，克服了传统直线电机中存在的换流相对较慢、能量利用率较低的缺点，增加了电机的比功率密度。

附图说明

图1为现有开关磁阻直线电机的结构示意图；

图2和图3分别是本实施方式开关磁阻直线电机的两个不同视角的立体结构示意图；

图4是本实施方式开关磁阻直线电机的左视结构示意图；

图5是本实施方式开关磁阻直线电机的次级铁心的结构示意图；

图6和图7分别是次级铁心的另一种实施方式的立体图和主视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图2至图5所示，本实施方式开关磁阻直线电机包括初级6和次级7，初级6有多相，每相均包括一一对应的初级铁心3和初级线圈组5，初级铁心3为环状，初级铁心3可以由导磁材料制成，初级线圈组5绕制在与其对应的初级铁心3的内部，每个初级线圈组5包括一个或多个线圈。次级7包括转轴4、多个次级铁心1及多个隔离环2，转轴4和隔离环2可以由非导磁材料制成，次级铁心1可以由导磁材料制成，次级铁心1和隔离环2均固套在转轴4上，且相邻的两个次级铁心1被隔离环2隔开，即次级铁心1和隔离环2沿着转轴4的轴向交替分布。次级铁心1的数量多于初级铁心3、初级线圈组5的数量，每个初级线圈组5（初级铁心3）的内部均可以设置有次级铁心1。

次级铁心1包括环状基体11，基体11具有内周面12和外周面13，该内周面12用于与转轴4固定，该外周面13凸设有一圈齿14，该齿14用于与初级铁心3形成闭合磁路。通过设置该有齿次级铁心1，能够有效缩短磁路，减小磁阻，提高效率，而且能够使直线电机的结构简单对称，提高电机运行的稳定性。

对于初级和次级，次级铁心的数量会远远多于初级铁心的数量，次级铁心的数量取决于直线电机轴向的长度(一般是电机的转轴的长度)。初级有两相、三相或多于三相，如初级有三相时，一般初级铁心的数量为3；当需要出力较大时，可以增加每相初级铁心的数量，初级铁心数量为3N(N=1,2,3……)。

对于次级铁心，其齿分布在基体的外周面。在一种较佳的实施方式中，为了使径向的磁拉力相互抵消，减小机械摩擦，可以使齿对称分布在基体的外周面。相当于齿有偶数对，每对的两个齿分别设在次级铁心的直径的两端。

对于次级铁心，其齿的数量一般取决于初级铁心的结构，从开关磁阻直线电机的运行及性能考虑，受力点越多越好，因此原则上齿的数量越多越好。齿的形状一般依赖于仿真参数对比及结构性能分析设计，如可以设计为矩形、半圆形、半椭圆形或等腰梯形等轴对称结构。齿的大小一般需要满足的设计条件是：初级、次级铁心极对齐时，磁路不完全饱和。

在一种较佳实施方式中，为了确保对任何初级位置，电机均具有正、反向的自起动能力。需要要求当某一相初级和次级的极处于极对极时，相邻的初级和次级的极有一定的重叠。即要求初级、次级的极宽满足下列取值条件：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\τ}}_r}{q}\≤{\mathrm{\β}}_s\≤\frac{{\mathrm{\τ}}_r}{2}\\ {\mathrm{\β}}_s\≤{\mathrm{\β}}_r\≤{\mathrm{\τ}}_r-{\mathrm{\β}}_s\end{array}\right.$

其中,τ_r为次级极距，β_s、β_r分别为初级极宽和次级极宽，q为控制电流相数(亦为初级极数)。

对于初级和次级，初级铁心和次级铁心可以均采用导磁体，如由硅钢片、电工钢等导磁材料制成。次级铁心可以由导磁材料叠片制成，即次级铁心的基体和齿均可以由导磁材料制成。

在另一种实施方式中，如图6和图7所示，次级铁心的齿14’可以采用永磁体，即次级铁心的基体和齿可以采用不同材料制成，如基体由非导磁材料制成而齿采用永磁体。由于次级铁心采用永磁体齿结构，有效的缩短了磁路，减小了磁阻，大大减小了电机损耗，而且永磁体能有效减少漏磁，可等效为激励源，从而可以减小电流励磁激励，提高了效率，增加了直线电机运行的稳定性。

对于次级，其包括转轴及同轴线间隔分布在该转轴上的多个次级铁心。该间隔分布可以通过多种方式实现：如在转轴上间隔设置多个定位体(如定位槽)，每个次级铁心定位于一个定位体；如在转轴上设置多个隔离环，该隔离环套在该转轴上并将相邻的两个次级铁心隔开。次级铁心一般沿转轴的轴向等间距分布。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种开关磁阻直线电机的次级铁心，包括环状基体，其特征在于，所述基体的外周面设有一圈齿。

2.如权利要求1所述的开关磁阻直线电机的次级铁心，其特征在于，所述齿对称分布在所述基体的外周面。

3.如权利要求1或2所述的开关磁阻直线电机，其特征在于，所述齿和基体均由导磁材料制成。

4.如权利要求1或2所述的开关磁阻直线电机，其特征在于，所述齿是永磁体，所述基体由非导磁材料制成。

5.一种开关磁阻直线电机，包括初级和次级，所述初级包括一一对应的N个初级铁心和N个初级线圈组，各所述初级线圈组设在与其对应的所述初级铁心的内部，所述次级包括转轴及M个次级铁心，其中的N个所述次级铁心分别设在N个所述初级线圈组的内部，M、N均为不小于2的自然数且M＞N，所述次级铁心包括环状基体，各所述次级铁心的基体均固套在所述转轴上，其特征在于，所述基体的外周面设有一圈能够与所述初级铁心形成闭合磁路的齿。

6.如权利要求5所述的开关磁阻直线电机，其特征在于，所述齿对称分布在所述基体的外周面。

7.如权利要求6所述的开关磁阻直线电机，其特征在于，所述齿和基体均由导磁材料制成。

8.如权利要求6所述的开关磁阻直线电机，其特征在于，所述齿是永磁体，所述基体由非导磁材料制成。

9.如权利要求5所述的开关磁阻直线电机，其特征在于：所述次级还包括多个隔离环，所述隔离环和次级铁心沿所述转轴的轴向交替分布。

10.如权利要求5-9中任意一项所述的开关磁阻直线电机，其特征在于，所述初级和次级满足如下条件：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\τ}}_r}{q}\≤{\mathrm{\β}}_s\≤\frac{{\mathrm{\τ}}_r}{2}\\ {\mathrm{\β}}_s\≤{\mathrm{\β}}_r\≤{\mathrm{\τ}}_r-{\mathrm{\β}}_s\end{array}\right.$

其中,τ_r为次级极距，β_s、β_r分别为初级极宽和次级极宽，q为初级极数。

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