CN112087117A - 一种ω-i型定子横向磁通永磁直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ω‑I型定子横向磁通永磁直线电机，涉及永磁电机领域，包含Ω型定子铁心、I型定子铁心、动子铁心、永磁体、非导磁材料的动子支架、电枢绕组；所述Ω型定子铁心和I型定子铁心，在动子运动方向上均匀地间隔错列放置，并共用同一个电枢绕组；所述动子铁心的两侧嵌入磁极方向相反的永磁体，并固定在非导磁材料动子支架上；相比较传统的永磁直线电机，该电机在同一个电枢绕组上整合了Ω型定子铁心和I型定子铁心，大大提高了电机的空间利用率；该电机电路和磁路相互独立且磁场呈三维分布，避免了传统永磁电机齿槽尺寸相互制约的矛盾，有效提高电机的功率密度和转矩密度。

Description

一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机

技术领域

本发明涉及涉及永磁电机领域，尤其涉及一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机。

背景技术

随着传统化石燃料的急剧消耗，环境污染问题日益严峻，使得人们对能量转换和使用设备与机电***的效率要求愈加苛刻，节能减排已经成为各个国家能源战略的重要议题。电机作为一种高效的机电能量转换装置，在国民经济中扮演着重要的角色。

传统永磁电机的定子齿截面和电枢绕组槽截面位于同一平面，二者相互制约，导致增加电负荷与增加磁负荷相互矛盾且功率提升受限。电机的磁场经过定子齿形成环路，定子齿截面面积越大，则等效磁阻越小，磁滞损耗越低，从而提升电机的磁负荷。电机体积一定的前提下增大齿截面，则必须牺牲槽面积，槽面积减小将导致电枢绕组截面和匝数减小，使得电机的电负荷下降。

然而，对于横向磁通永磁电机来说，电机的旋转方向则垂直于磁通所在平面，因此称作“横向磁通”。该电机定子铁心由硅钢片叠制且相邻定子铁心间隔一个极距，动子铁心上相邻永磁体极性相反，电枢绕组则嵌入定子铁心槽内。横向磁通永磁电机的最突出特点是其电枢绕组与主磁路在结构上完全解耦，巧妙避开了传统永磁电机内铁心和电枢截面相互制约这一重大缺陷，可以根据需要独立调整线圈截面积和磁路尺寸来确定电机的电、磁负荷，获得更高的转矩密度和功率密度。

相比于传统永磁直线电机的电流方向同运动方向垂直，主磁路中的闭合磁力线所在平面与电机运动平面平行，Ω-I型横向磁通永磁直线电机的电流方向与运动方向平行，主磁路的磁力线所在的平面垂直于电机运动平面。Ω-I型横向磁通永磁电机的结构复杂，内部磁场呈复杂的三维分布，与绕组处于不同的平面，可以同时兼顾绕组与定子齿的横截面积，实现电路与磁路上的解耦，从而提高电机的功率密度和转矩密度。Ω-I型定子结构便于参数调整，有利于设计多相容错电机，新结构电机在高转矩密度直驱***场合具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中电机结构复杂的问题提供一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，包含Ω型定子铁心、I型定子铁心、动子铁心、永磁体、电枢绕组、非导磁材料动子支架；

所述动子铁心和永磁体焊接在非导磁材料动子支架上，同一Ω型定子铁心和I型定子铁心两侧齿部分别对应两个动子铁心，同一侧相邻的动子铁心3中嵌入永磁体，并保证动子铁心两侧永磁体的磁极相异，同一Ω型定子铁心和I型定子铁心两侧对应的永磁体的磁极也相异；

当直线电机进行三相运行时，需将三个相同的单相结构并行放置，每个单相结构的定子与动子之间相互错开120度电角度。

作为本发明一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的进一步优选方案，所述Ω型定子铁心和I型定子铁心由硅钢片叠制，在动子运动的前后方向间隔错列放置，并共用同一个电枢绕组；

作为本发明一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的进一步优选方案，所述动子铁心的两侧嵌入磁极方向相反的永磁体，并固定在非导磁材料的动子支架上；

作为本发明一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的进一步优选方案，所述永磁体的材料采用的是汝铁硼；

作为本发明一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的进一步优选方案，所述非导磁材料动子支架采用钢材制作；

作为本发明一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的进一步优选方案，所述每对Ω-I型定子铁心间隔一个极距；

作为本发明一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的进一步优选方案，所述电枢绕组上整合多对Ω-I型定子铁心，以提高电机空间利用率和功率。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、Ω-I型电机动子铁心和永磁体交替放置的聚磁结构增强磁通密度，电枢绕组避免电机固有的端部效应；

2、Ω-I型电机单独调整绕组截面积和磁路尺寸提高电机转矩密度的同时各绕组相间解耦，易于构建多相电机；

3、电机的定/动子铁心由易于获取且低廉的硅钢片叠制，磁损耗较低且经济效益较高。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是本发明的一对极磁通原理图；

图3是本发明的等效磁路图；

图4是本发明的子结构图。

附图说明：1、Ω型定子铁心；2、I型定子铁心；3、动子铁心；4、永磁体；5、电枢绕组；6、非导磁材料动子支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，包含Ω型定子铁心、I型定子铁心、动子铁心、永磁体、电枢绕组、非导磁材料动子支架；

所述动子铁心和永磁体焊接在非导磁材料动子支架上，同一Ω型定子铁心和I型定子铁心两侧齿部分别对应两个动子铁心，同一侧相邻的动子铁心3中嵌入永磁体，并保证动子铁心两侧永磁体的磁极相异，同一Ω型定子铁心和I型定子铁心两侧对应的永磁体的磁极也相异。

图1所示Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机的单相结构，三个相同的单相结构即可构成三相电机，同时考虑到该电机电枢绕组的特殊性，电机进行三相运行时，需将三个相同的单相结构并行放置，每个单相结构的定子与动子之间相互错开120度电角度；

Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机一对极磁路如图2所示：磁通依次经过永磁体→动子铁心→气隙→Ω型定子铁心→气隙→永磁体→动子铁心→气隙→I型定子铁心→气隙→动子铁心→永磁体，形成一条闭合的磁路。其等效磁路如图3所示，图中符号定义如下：E-永磁体磁势，Rm-永磁的磁阻，Rs-一对Ω-I定子铁心磁阻，Rr-动子铁心磁阻，Rg-气隙磁阻，Φ-主磁通。

所述Ω型定子铁心和I型定子铁心由硅钢片叠制，在动子运动的前后方向间隔错列放置，并共用同一个电枢绕组；

所述动子铁心的两侧嵌入磁极方向相反的永磁体，并固定在非导磁材料的动子支架上；

动子铁心和永磁体交替放置构成聚磁结构动子，定子铁心匝链的磁通随动子的运动产生周期性变化，从而在绕组中产生电动势；

所述永磁体的材料采用的是汝铁硼；

所述非导磁材料动子支架采用钢材制作；

所述每对Ω-I型定子铁心间隔一个极距。

所述电枢绕组上整合多对Ω-I型定子铁心，以提高电机空间利用率和功率。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于：包含Ω型定子铁心、I型定子铁心、动子铁心、永磁体、电枢绕组、非导磁材料动子支架；

所述动子铁心和永磁体焊接在非导磁材料动子支架上，同一Ω型定子铁心和I型定子铁心两侧齿部分别对应两个动子铁心，同一侧相邻的动子铁心3中嵌入永磁体，并保证动子铁心两侧永磁体的磁极相异，同一Ω型定子铁心和I型定子铁心两侧对应的永磁体的磁极也相异；

当直线电机进行三相运行时，需将三个相同的单相结构并行放置，每个单相结构的定子与动子之间相互错开120度电角度。

2.根据权利要求1所述的一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述Ω型定子铁心和I型定子铁心由硅钢片叠制，在动子运动的前后方向间隔错列放置，并共用同一个电枢绕组。

3.根据权利要求1所述的一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述动子铁心的两侧嵌入磁极方向相反的永磁体，并固定在非导磁材料的动子支架上。

4.根据权利要求1所述的一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述永磁体的材料采用的是汝铁硼。

5.根据权利要求1所述的一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述非导磁材料动子支架采用钢材制作。

6.根据权利要求1所述的一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述每对Ω-I型定子铁心间隔一个极距。

7.根据权利要求2所述的一种Ω-I型定子横向磁通永磁直线电机，其特征在于，所述电枢绕组上整合多对Ω-I型定子铁心，以提高电机空间利用率和功率。

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