CN112054648B - 无轴承开关磁阻直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种无轴承开关磁阻直线电机，包括定子单元和动子单元；所述动子单元包括支撑轴和同轴固定外套于支撑轴的动子凸极，所述动子凸极为多个且沿支撑轴的轴向等间距设置，所述动子凸极为多棱柱结构；所述定子单元为包括多个定子且多个定子沿支撑轴的轴向等间距布置，相邻定子之间具有绝缘挡圈；所述定子具有多个凸极，且多个凸极沿定子的圆周方向等间距均匀设置，凸极的个数与多棱柱的面数相等且对应，所述定子的凸极设置有励磁绕组，位于定子单元两端的定子的凸极设置有悬浮绕组，能够确使得磁阻电机形成完整的磁通回路，有效避免漏磁现象的发生，从而确保磁阻电机的功率稳定性，而且能够有效降低转矩波动以及振动造成，从而确保整个磁阻电机的稳定性。

Description

无轴承开关磁阻直线电机

技术领域

本发明涉及一种直线电机，尤其涉及一种无轴承开关磁阻直线电机。

背景技术

直线电机能够直接将电能转换成为直线运动的机械能，并且可以消除中间转换或传动环节所带来的各种误差，近些年作为传统旋转电机的替代电机在直线运动领域广泛应用。传统直线电机需要通过直线轴承支撑电机动子进行高速往复机械运动，但直线轴承长时间磨损会影响直线电机的效率，降低工作的可靠性，甚至使电机提前报废。因此，选择无轴承磁悬浮技术代替直线轴承是一种解决上述问题较为优良的手段。目前工业领域应用较多的直线电机类型是永磁直线电机，但永磁直线电机制造成本高、后期维修困难且稀土资源有限，从而导致永磁直线电机很难在工业领域大规模应用。开关磁阻直线电动机是一种结合了直线电机原理与开关磁阻电机特性的新型特种电机，它既能高速度、高精度实现直线运动，又具有结构简单、便于维护的特点，在工业领域中有进一步发展应用的趋势。

但是，现有的开关磁阻电机存在以下缺陷：开关磁阻电机的控制***较其他类型的电机复杂，包含了位置检测器等器件，且开关磁阻电机为双凸极结构，在运行过程中不可避免地存在转矩波动和振动噪声；更为重要的是：现有结构的开关磁阻电机存在漏磁现象，从而使得开关磁阻电机的功率稳定性差。

因此，为了解决上述技术问题，继续提出一种新的无轴承开关磁阻直线电机。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无轴承开关磁阻直线电机，能够能够确使得磁阻电机形成完整的磁通回路，有效避免漏磁现象的发生，从而确保磁阻电机的功率稳定性，而且能够有效降低转矩波动以及振动造成，从而确保整个磁阻电机的稳定性。

本发明提供的一种无轴承开关磁阻直线电机，包括定子单元和动子单元；

所述动子单元包括支撑轴和同轴固定外套于支撑轴的动子凸极，所述动子凸极为多个且沿支撑轴的轴向等间距设置，所述动子凸极为多棱柱结构；

所述定子单元为包括多个定子且多个定子沿支撑轴的轴向等间距布置，相邻定子之间具有绝缘挡圈；

所述定子具有多个凸极，且多个凸极沿定子的圆周方向等间距均匀设置，凸极的个数与多棱柱的面数相等且对应，所述定子的凸极设置有励磁绕组，位于定子单元两端的定子的凸极设置有悬浮绕组。

进一步，所述动子凸极的两端端面均下沉形成凹槽，所述凹槽的开口尺寸由动子凸极端面处到凹槽底部逐渐减小。

进一步，所述凹槽的侧壁与支撑轴径向之间的倾斜角度θ≤30°。

进一步，定子的凸极的宽度L1、相邻定子的凸极之间的宽度L2、相邻动子凸极端面之间的间距S3、相邻动子凸极的凹槽底部之间的间距S2以及同一动子凸极两端的凹槽槽底间距S1具有如下关系：

L2＜S2＜L1+L2；

S3＜L2；

S1＜L1。

进一步，所述定子凸极与动子凸极之间的绝对间隙为1mm。

进一步，所述定子单元外套有隔磁套筒。

本发明的有益效果：通过本发明，能够通过设置多棱柱结构的动子凸极，能够确使得磁阻电机形成完整的磁通回路，有效避免漏磁现象的发生，从而确保磁阻电机的功率稳定性，而且能够有效降低转矩波动以及振动造成，从而确保整个磁阻电机的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1位本发明的结构示意图。

图2位本发明的定子凸极与动子凸极关系示意图。

图3位本发明的磁路示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：

本发明提供的一种无轴承开关磁阻直线电机，包括定子单元和动子单元；

所述动子单元包括支撑轴6和同轴固定外套于支撑轴的动子凸极8，所述动子凸极8为多个且沿支撑轴6的轴向等间距设置，所述动子凸极8为多棱柱结构；

所述定子单元为包括多个定子4且多个定子沿支撑轴的轴向等间距布置，相邻定子之间具有绝缘挡圈9；

所述定子具有多个凸极3，且多个凸极3沿定子的圆周方向等间距均匀设置，凸极的个数与多棱柱的面数相等且对应，所述定子4的凸极3设置有励磁绕组3，位于定子单元两端的定子的凸极3设置有悬浮绕组5，其中，动子凸极可以采用六棱柱、八棱柱等，本实施例中以六棱柱作为示例进行说明，动子凸极与支撑轴之间采用过盈配合的方式固定，如图1所示，整个定子单元的两端的定子凸极上设置有悬浮绕组，且该定子上的励磁绕组位于悬浮绕组的内侧(此处的内侧指在支撑轴的径向上，迎向支撑轴为外，远离支撑轴为内)，在同一定子上的针对的凸极的悬浮绕组串联，当励磁和悬浮绕组单元均接通电流时，励磁绕组电流产生六极对称励磁磁通，悬浮绕组电流产生二极对称磁通；两种磁场相互叠加使得定子两对称凸极附近气隙一侧增大，一侧减小，其结果使得动子受到指向气隙磁通增大处的麦克斯韦力(径向悬浮力)，且径向悬浮力大小可以通过改变悬浮绕组的接通电流大小来控制；改变悬浮绕组电流的方向，即可使动子受到相反方向的径向悬浮力，由此任意方向的径向悬浮力可以通过合成不同方向上的径向悬浮力来产生，因此利用动子径向位置传感器和动子位移的负反馈控制，可以产生动子悬浮所需的连续径向悬浮力，从而可以使动子悬浮于几何中心附近；其中，支撑轴为非导磁热处理强化铝合金材料制成，定子的凸极采用导磁良好地硅钢，通过上述结构，能够有效增大动子凸极的导磁面积，能够确使得磁阻电机形成完整的磁通回路，有效避免漏磁现象的发生，从而确保磁阻电机的功率稳定性，而且能够有效降低转矩波动以及振动造成，从而确保整个磁阻电机的稳定性。

本实施例中，所述动子凸极8的两端端面均下沉形成凹槽7，所述凹槽7的开口尺寸由动子凸极端面处到凹槽底部逐渐减小；

在六边型齿环外端部具有轴向凸起结构，励磁绕组通电时，所产生的磁通能够更好的穿过电机动子齿环从而形成磁回路。磁阻最小原理：开关磁阻电动机的运行亦遵循“磁阻最小原理”，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。

本实施例中，所述凹槽7的侧壁与支撑轴6径向之间的倾斜角度θ≤30°，通过该结构，能够确保磁阻直线电机的匀速速度可控，防止电机处于高速往复运动工况中，保证电机的稳定性。

本实施例中，定子4的凸极3的宽度L1、相邻定子的凸极之间的宽度L2、相邻动子凸极端面之间的间距S3、相邻动子凸极的凹槽底部之间的间距S2以及同一动子凸极两端的凹槽槽底间距S1具有如下关系：

L2＜S2＜L1+L2；

S3＜L2；

S1＜L1。其中，S1为原始设计要求尺寸，该开关磁阻直线电机其余尺寸参数可以根据S1的大小依次标定；而且，在上述结构下，可以有效避免磁阻直线电机发生断齿现象，而且确保开关磁阻直线电机运转中始终遵循磁阻最小原理，而且，S3＜L2能够防止电机槽满率过大，因此，通过上述结构，既保证了整个直线电机能够稳定运行，又能够有效防止电机的定子单元和动子单元之间失去相互吸引作用而引起电机失效。

本实施例中，所述定子4凸极3与动子凸极8之间的绝对间隙为0.9-1.1mm之间，最优值为1mm，在此结构下，能够有效确保磁阻直线电机的气隙的磁通密度，确保电机的功率密度，而且能够避免气隙间隙会使电机抵抗极端运行工况的能力下降，定动子间发生摩擦碰撞的可能性增大。

本实施例中，所述定子单元外套有隔磁套筒2，通过隔磁套筒能够隔绝套筒内外的磁通的干涉作用，从而确保整个直线电机的稳定运行。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种无轴承开关磁阻直线电机，其特征在于：包括定子单元和动子单元；

所述动子单元包括支撑轴和同轴固定外套于支撑轴的动子凸极，所述动子凸极为多个且沿支撑轴的轴向等间距设置，所述动子凸极为多棱柱结构；

所述定子单元为包括多个定子且多个定子沿支撑轴的轴向等间距布置，相邻定子之间具有绝缘挡圈；

所述定子具有多个凸极，且多个凸极沿定子的圆周方向等间距均匀设置，凸极的个数与多棱柱的面数相等且对应，所述定子的凸极设置有励磁绕组，位于定子单元两端的定子的凸极设置有悬浮绕组；

所述动子凸极的两端端面均下沉形成凹槽，所述凹槽的开口尺寸由动子凸极端面处到凹槽底部逐渐减小；

所述凹槽的侧壁与支撑轴径向之间的倾斜角度θ≤30°；

定子的凸极的宽度L1、相邻定子的凸极之间的宽度L2、相邻动子凸极端面之间的间距S3、相邻动子凸极的凹槽底部之间的间距S2以及同一动子凸极两端的凹槽底间距S1具有如下关系：

L2＜S2＜L1+L2；

S3＜L2；

S1＜L1。

2.根据权利要求1所述无轴承开关磁阻直线电机，其特征在于：所述定子凸极与动子凸极之间的绝对间隙为1mm。

3.根据权利要求1所述无轴承开关磁阻直线电机，其特征在于：所述定子单元外套有隔磁套筒。

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