CN112187010B - 一种同性极永磁直线同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同性极永磁直线同步电机，属于直线同步电机领域，包括初级、次级以及初级和次级之间形成的两个气隙；初级包括初级铁芯、初级电枢绕组、励磁铁芯、永磁体，次级包括次级背轭铁芯和铁芯齿极阵列，铁芯齿极阵列分为两组，同组中相邻的两个铁芯齿间距为τ，τ为极距，两组的铁芯齿交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度。本发明的电枢绕组集中绕制在初级铁芯上，永磁体设置于初级铁芯的左右两端，次级结构简单，涡流损耗小、效率高，加工成本低，可实现自悬浮，无机械接触，适合较大气隙的场合，如高速磁悬浮列车领域，使得对轨道的要求降低。

Description

一种同性极永磁直线同步电机

技术领域

本发明属于直线同步电机领域，更具体地，涉及一种同性极永磁直线同步电机。

背景技术

随着直线电机技术的探索与发展，直线电机作为驱动装置在交通运输领域的应用越来越多。直线电机省去了中间传动联结装置，相比于旋转电机有着很大的优势。随着人类对速度追求，磁悬浮列车成为交通领域研究热点。永磁直线同步电机作为的磁悬浮列车的驱动有着很多的优势，永磁直线电机能够同时产生推力和悬浮力，可以省去单独实现悬浮的支撑装置，使得结构变得简单，此外采用永磁体作为励磁源，不需电励磁省去了励磁绕组，可充分利用永磁材料能量密度高于电励磁的特点，减少电励磁功率消耗，提高磁浮力，同时可以降低电机温升、提高电机效率。但是，目前直线永磁同步电机的气隙磁场为交变磁场，在次级中会产生较大的涡流损耗，为减小涡流损耗会使得次级结构的加工工艺变得复杂，成本增加。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种同性极永磁直线同步电机，以减小直线电机次级中产生的涡流损耗，使得次级结构可以采用实心铁芯，加工工艺变得简单，解决永磁直线同步电机次级涡流损耗大，加工成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种同性极永磁直线同步电机，所述电机为单边电机，包括初级、次级以及初级和次级之间形成的气隙；初级包括初级铁芯、初级电枢绕组、第一永磁体、第二永磁体以及第一励磁铁芯和第二励磁铁芯；初级电枢绕组绕制在初级铁芯上；第一永磁体、第二永磁体设置于初级铁芯的两端，并与初级铁芯上端平齐；第一励磁铁芯、第二励磁铁芯分别设置于第一永磁体、第二永磁体的两端并对齐；次级包括第一次级轭部铁芯、第二次级轭部铁芯和第一铁芯齿极阵列、第二铁芯齿极阵列；第一次级轭部铁芯和第二次级轭部铁芯横向设置于初级的正下方；第一铁芯齿极阵列、第二铁芯齿极阵列分别设置于第一次级轭部铁芯和第二次级轭部铁芯的两侧侧面，两组均交错设置。

作为本发明的一种优选方案，所述的每组铁芯齿极阵列均包含N个铁芯齿，N为≥2的正整数，相邻两组交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度，每组中相邻的两个铁芯齿间距也为τ，τ为极距。

作为本发明的一种优选方案，初级铁芯和次级均由铁磁材料制成。

作为本发明的一种优选方案，第一永磁体、第二永磁体由钕铁硼材料制成，且均为横向单方向充磁，充磁方向相同。

本发明所采取的技术方案能够取得下列有益效果：

1、本发明提出的同性极永磁直线电机一个铁芯下的气隙磁场为单极性，通过转子铁芯的磁通方向不会发生交变，使得转子铁芯产生很小的涡流损耗，这样降低电机损耗，减少了电机的发热，提高了电机的效率；相邻两铁芯的气隙磁场相反，与初级电枢绕组交链的合成气隙磁场仍然是交变的，保证了输出电机推力密度。

2、本发明提出的同性极永磁直线电机次级可采取实心结构，无需采用硅钢片叠制，机械强度更高，加工更为简单，加工成本更低。

3、本发明提出的同性极永磁直线电机不需要设置单独的支撑轴承***即可实现自悬浮，无机械接触，有高速高精、寿命长的优点。

附图说明

图1为本发明同性极永磁直线同步电机的三维结构示意图；

图2为本发明同性极永磁直线同步电机中次级的结构示意图；

图3为本发明同性极永磁直线同步电机的励磁磁路示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1—初级，2—次级，3—初级铁芯，4—初级电枢绕组，5-1—第一永磁体，5-2—第二永磁体，6-1—第一励磁铁芯，6-2—第二励磁铁芯，7-1—第一次级背轭铁芯，7-2—第二次级背轭铁芯，8-1—第一铁芯齿极阵列，8-2—第二铁芯齿极阵列。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种同性极永磁直线同步电机，所述电机为单边电机，包括初级1、次级2以及初级和次级之间形成的气隙；初级1包括初级铁芯3、初级电枢绕组4、第一永磁体5-1、第二永磁体5-2以及第一励磁铁芯6-1和第二励磁铁芯6-2；初级电枢绕组4绕制在初级铁芯3上；第一永磁体5-1、第二永磁体5-2设置于初级铁芯3的两端，并与初级铁芯3上端平齐；第一励磁铁芯6-1、第二励磁铁芯6-2分别设置于第一永磁体5-1、第二永磁体5-2的两端并对齐；次级2包括第一次级轭部铁芯7-1、第二次级轭部铁芯7-2和第一铁芯齿极阵列8-1、第二铁芯齿极阵列8-2；第一次级轭部铁芯7-1和第二次级轭部铁芯7-2横向设置于初级1的正下方；第一铁芯齿极阵列8-1、第二铁芯齿极阵列8-2分别设置于第一次级轭部铁芯7-1和第二次级轭部铁芯7-2的两侧侧面，两组均交错设置。

具体地，所述的每组铁芯齿极阵列均包含N个铁芯齿，N为≥2的正整数，相邻两组交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度，每组中相邻的两个铁芯齿间距也为τ，τ为极距。

具体地，初级铁芯3和次级2均由铁磁材料制成。

具体地，第一永磁体5-1、第二永磁体5-2由钕铁硼材料制成，且均为横向单方向充磁，充磁方向相同。

实施例

如图1所示，本发明提供的单边同性极永磁直线同步电机，包括初级1、次级2以及初级和次级之间形成的气隙。初级铁芯的齿槽数为25，初级电枢绕组4节距为1，采取双层结构集中绕制在初级铁芯上。第一永磁体5-1、第二永磁体5-2设置于初级铁芯3的两端，并与初级铁芯3的上端平齐。第一励磁铁芯6-1、第二励磁铁芯6-2分别设置于第一永磁体5-1、第二永磁体5-2的两端并对齐。如图2所示，次级2包括次级轭部铁芯和铁芯齿极阵列。次级轭部铁芯包括第一次级轭部铁芯7-1和第二次级轭部铁芯7-2，横向设置于初级1的正下方。铁芯齿极阵列分为两组，分别设置于第一次级轭部铁芯7-1和第二次级轭部铁芯7-2的两侧侧面，依次称为第一铁芯齿极阵列8-1、第二铁芯齿极阵列8-2，每组均包含4个铁芯齿，每组中相邻的两个铁芯齿间距为τ，τ为极距，两组均交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度；所述电机采用短初级长次级结构，初级作为动子进行直线运动。

同性极永磁直线同步电机的工作原理：如图3所示，第一永磁体5-1和第二永磁体5-2的磁路是对称的，以右侧为例进行说明，第二永磁体5-2磁通形成的闭合磁路为：第二永磁体5-2→初级铁芯3→气隙→第二铁芯齿极阵列8-2→第二次级背轭铁芯7-2→第二励磁铁芯6-2→第二永磁体5-2。两组铁芯齿极阵列的磁通方向均为单向且相同，因此合成气隙磁场仍然为单极性的。在初级结构(动子)上设置永磁体可大幅度节省永磁体用量，单极性的气隙磁场使得次级铁芯中涡流损耗降低，使得电机效率提升。初级电枢绕组通入三相正弦交流电后产生的行波磁场与永磁体产生的合成磁场相互作用产生推力和悬浮力。

以上所述实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种同性极永磁直线同步电机，所述电机为单边电机，其特征在于，包括初级(1)、次级(2)以及初级和次级之间形成的气隙；所述初级(1)包括初级铁芯(3)、初级电枢绕组(4)、第一永磁体(5-1)、第二永磁体(5-2)以及第一励磁铁芯(6-1)和第二励磁铁芯(6-2)；

所述初级电枢绕组(4)绕制在初级铁芯(3)上；所述第一永磁体(5-1)、第二永磁体(5-2)设置于初级铁芯(3)的两端；所述第一励磁铁芯(6-1)、第二励磁铁芯(6-2)分别设置于第一永磁体(5-1)、第二永磁体(5-2)的两端并对齐；

所述次级(2)包括第一次级轭部铁芯(7-1)、第二次级轭部铁芯(7-2)和第一铁芯齿极阵列(8-1)、第二铁芯齿极阵列(8-2)；所述第一次级轭部铁芯(7-1)和第二次级轭部铁芯(7-2)横向设置于初级(1)的正下方；所述第一铁芯齿极阵列(8-1)设置于第一次级轭部铁芯(7-1)的一侧、第二铁芯齿极阵列(8-2)设置于第二次级轭部铁芯(7-2)的一侧，第一铁芯齿极阵列(8-1)和第二铁芯齿极阵列(8-2)交错设置。

2.根据权利要求1所述的同性极永磁直线同步电机，其特征在于，所述第一永磁体(5-1)、第二永磁体(5-2)与初级铁芯(3)上端平齐。

3.根据权利要求1所述的同性极永磁直线同步电机，其特征在于，每组铁芯齿极阵列均包含N个铁芯齿，N为≥2的正整数，相邻两组交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度，每组中相邻的两个铁芯齿间距也为τ，τ为极距。

4.根据权利要求1所述的同性极永磁直线同步电机，其特征在于，初级铁芯(3)和次级(2)均由铁磁材料制成。

5.根据权利要求1所述的同性极永磁直线同步电机，其特征在于，第一永磁体(5-1)和第二永磁体(5-2)由钕铁硼材料制成。

6.根据权利要求1所述的同性极永磁直线同步电机，其特征在于，第一永磁体(5-1)和第二永磁体(5-2)均为横向单方向充磁，充磁方向相同。

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