CN108306479A - 电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机及其运行方法，包括动子、定子和两个直线轴承，动子包括电枢、动子固定连接结构、两个永磁磁轭和三个电枢接线端子；定子包括定子支架和两个永磁体组，永磁体沿气隙方向充磁，且垂直向下固定在定子支架上，直线轴承沿永磁体两侧安置在定子支架上，电枢与永磁磁轭在电机顶部通过动子固定连接结构相连接，共同构成电机的动子，动子的下部与直线轴承连接，实现电机的直线运动。本发明结构简单、成本低、重量轻、易于控制，可以有效地降低电机重量和成本，提高永磁直线电机的功率密度和推力密度。

Description

电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机及其运行方法

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机及其运行方法。

背景技术

由于永磁直线电机具有结构简单、推力密度高、功率密度高、运行精度高、加速度大、维护简单等优点，广泛应用于工业、轨道交通、国防等领域。永磁直线电机可以采用动电枢和动永磁两种结构形式。

2014年11月5日，苏州大学刘吉柱等公开了《永磁直线同步电机》，采用动永磁结构，定子部分较长，需要采用分段控制，增加了电机控制的复杂度。因此在需要大推力、高加速度的场合往往选择采用动电枢的结构形式。

沈阳工业大学的彭兵等人提出了《V-型端齿削弱永磁直线电机》（彭兵, 宋得雪,张囡, 刘铁法. V-型端齿削弱永磁直线电机端部磁阻力波动方法[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(14): 3940-3946.），该电机采用动电枢的结构形式，然而该结构中的永磁体仅在处于电枢的空间中才为有效部分，其余均为无效永磁，因此其永磁磁轭可以省略，一方面可以降低电机永磁磁轭的成本，另一方面可以减轻电机的整体重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机及其运行方法，解决了现有动电枢永磁直线电机永磁磁轭部分处于无效状态的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，包括动子、定子和两个直线轴承，动子和定子通过直线轴承连接实现直线运动；动子包括电枢、动子固定连接结构、两个永磁磁轭和三个电枢接线端子；定子包括定子支架和两个永磁体组，每个永磁体组包括N个永磁体，N≥2；两个直线轴承平行间隔固定在定子支架顶面，两个永磁磁轭平行设置，两个永磁磁轭的底部分别沿两个直线轴承滑动，顶部固定在动子固定连接结构的底部两端，电枢沿动子固定连接结构的底部中心固定，电枢和永磁磁轭之间形成了U形通道，三个电枢接线端子固定在动子固定连接结构上，两个永磁体组平行间隔设置在定子支架上，位于两个直线轴承之间，当永磁磁轭带动电枢和动子固定连接结构沿直线轴承滑动时，永磁体的磁力线切割电枢。

一种基于电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机的运行方法，方法如下：

当作为电动机运行时，电枢通入与运动速度相同的三相正弦同步电流后，电枢、动子固定连接结构和三个电枢接线端子与永磁体之间受到电磁力，使得电枢、动子固定连接结构和三个电枢接线端子通过直线轴承产生直线滑动；

当作为发电机运行时，外部设备带动电枢、动子固定连接结构和三个电枢接线端子通过直线轴承直线运动，使得电枢切割永磁体的磁力线，产生感应电动势。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）装配简单、易于实现模块化加工：每个电枢绕组的形式一样，可以采用一套骨架绕制；电机其他部件均可采用普通加工方式来进行，装配多采用螺栓或直线轴承。

（2）降低电机成本和重量：永磁磁轭随电枢一起运动，当电枢运动到某位置时，永磁磁轭也处于相对应的导磁位置，实现永磁磁路的闭合，从而实现电机的机电能量转换，该方式可以有效地减少处于无效状态的永磁磁轭，降低电机的成本和总体重量。

附图说明

图1 是本发明电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机的三维结构示意图。

图2 是本发明的电枢环形绕组示意图。

图3是本发明电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2和图3，一种电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，包括动子、定子和两个直线轴承6，动子和定子通过直线轴承6连接实现直线运动；动子包括电枢3、动子固定连接结构4、两个永磁磁轭1和三个电枢接线端子7；定子包括定子支架5和两个永磁体组，每个永磁体组包括N个永磁体2，N≥2；两个直线轴承6平行间隔固定在定子支架5顶面，两个永磁磁轭1平行设置，两个永磁磁轭1的底部分别沿两个直线轴承6滑动，顶部固定在动子固定连接结构4的底部两端，电枢3沿动子固定连接结构4的底部中心固定，电枢3和永磁磁轭1之间形成了U形通道，三个电枢接线端子7固定在动子固定连接结构4上，两个永磁体组平行间隔设置，通过T型槽和胶水定子支架5上，且位于两个直线轴承6之间。当永磁磁轭1带动电枢3和动子固定连接结构4沿直线轴承6滑动时，永磁体2的磁力线切割电枢3，永磁体2和电枢3之间的间隙为气隙。

电枢3中的电流通过电枢接线端子7从外部引入，电枢3包括环形绕组和保护套，环形绕组位于保护套内，环形绕组沿运动方向绕制，便于模块化制造，保护套固定在固定连接结构4的底部中心。

所述保护套采用非导磁材料。

所述永磁磁轭1由铁磁材料叠制或加工而成。

所述定子支架5的材料为非导磁材料。

所述每个永磁体组中的N个永磁体2沿运动方向依次排列，永磁体2的充磁方向均为沿气隙方向，位于两个不同永磁体组中位置对应的两块永磁体2磁化方向相同，位于同一个永磁体组中沿运动方向相邻的两块永磁体2磁化方向相反。

一种基于所述电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机的运行方法，方法如下：

当作为电动机运行时，电枢3通入与运动速度相同的三相正弦同步电流后，电枢3、动子固定连接结构4和三个电枢接线端子7与永磁体2之间受到电磁力，使得电枢3、动子固定连接结构4和三个电枢接线端子7通过直线轴承6产生直线滑动。当作为发电机运行时，外部设备带动电枢3、动子固定连接结构4和三个电枢接线端子7通过直线轴承6直线运动，使得电枢3切割永磁体2的磁力线，产生感应电动势。

本发明既可作为电动机运行也可以作为发电机运行。

当作发电机运行时，由外部装置带动电机动子做直线运动，电机的各相电枢3在永磁磁场中切割磁感应线，产生正弦变化的感应电动势，当通过电枢接线端子7接上外部负载后，产生电流，实现发电运行。

当作电动机运行时，将变频器出线端子接上电枢接线端子7，根据采样电机初始位置角以及电机的运动速度，对电机采用矢量控制，实现电机的动子的直线运动。

本发明装配简单、易于实现模块化，且有效地减少了永磁磁轭无效部分的重量和成本，提高了提高永磁直线电机的功率密度和推力密度，可以较好地应用于大推力和高加速度运行的场合。

Claims (7)

1.一种电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，包括动子、定子和两个直线轴承（6），动子和定子通过直线轴承（6）连接实现直线运动；其特征在于：动子包括电枢（3）、动子固定连接结构（4）、两个永磁磁轭（1）和三个电枢接线端子（7）；定子包括定子支架（5）和两个永磁体组，每个永磁体组包括N个永磁体（2），N≥2；两个直线轴承（6）平行间隔固定在定子支架（5）顶面，两个永磁磁轭（1）平行设置，两个永磁磁轭（1）的底部分别沿两个直线轴承（6）滑动，顶部固定在动子固定连接结构（4）的底部两端，电枢（3）沿动子固定连接结构（4）的底部中心固定，电枢（3）和永磁磁轭（1）之间形成了U形通道，三个电枢接线端子（7）固定在动子固定连接结构（4）上，两个永磁体组平行间隔设置在定子支架（5）上，位于两个直线轴承（6）之间，当永磁磁轭（1）带动电枢（3）和动子固定连接结构（4）沿直线轴承（6）滑动时，永磁体（2）的磁力线切割电枢（3）。

2.根据权利要求1所述的电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，其特征在于：电枢（3）中的电流通过电枢接线端子（7）从外部引入，电枢（3）包括环形绕组和保护套，环形绕组位于保护套内，环形绕组沿运动方向绕制，保护套固定在固定连接结构4的底部中心。

3.根据权利要求2所述的电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，其特征在于：所述保护套采用非导磁材料。

4.根据权利要求1所述的电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，其特征在于：所述永磁磁轭（1）由铁磁材料叠制或加工而成。

5.根据权利要求1所述的电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，其特征在于：所述定子支架（5）的材料为非导磁材料。

6.根据权利要求1所述的电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机，其特征在于：所述每个永磁体组中的N个永磁体（2）沿运动方向依次排列，永磁体（2）的充磁方向均为沿气隙方向，位于两个不同永磁体组中位置对应的两块永磁体（2）磁化方向相同，位于同一个永磁体组中沿运动方向相邻的两块永磁体（2）磁化方向相反。

7.基于权利要求1-6中任意一项所述的电枢与永磁磁轭同时运动型永磁直线电机的运行方法，其特征在于，方法如下：

当作为电动机运行时，电枢（3）通入与运动速度相同的三相正弦同步电流后，电枢（3）、动子固定连接结构（4）和三个电枢接线端子（7）与永磁体（2）之间受到电磁力，使得电枢（3）、动子固定连接结构（4）和三个电枢接线端子（7）通过直线轴承（6）产生直线滑动；

当作为发电机运行时，外部设备带动电枢（3）、动子固定连接结构（4）和三个电枢接线端子（7）通过直线轴承（6）直线运动，使得电枢（3）切割永磁体（2）的磁力线，产生感应电动势。