專利名稱：?jiǎn)蝹?cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，尤其涉及一種單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程都需要精密的直線運(yùn)動(dòng)，為完成直線運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的方式是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在傳動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置中轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，但傳動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置的存在大大增加了傳動(dòng)裝置的體積，降低了系統(tǒng)的可靠性和效率，設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用高，另外，傳動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置還會(huì)顯著增加傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲，降低系統(tǒng)的控制精度和性能。鑒于以上原因，近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者開始將視線和研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向直線電動(dòng)機(jī)，使其得到了越來(lái)越多的關(guān)注和廣泛應(yīng)用。目前，直線電動(dòng)機(jī)有以下種類，I)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，已經(jīng)被很多國(guó)家在地鐵、輕軌和磁懸浮列車等城市軌道交通場(chǎng)合采用。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是端部效應(yīng)明顯，尤其是高速運(yùn)行時(shí)，端部效應(yīng)使得電機(jī)推進(jìn)力明顯減小；效率和功率因數(shù)都比較低，通常效率在50% 60%，功率因數(shù)只有O. 5左右，控制系統(tǒng)和控制策略非常復(fù)雜；2)永磁直線電動(dòng)機(jī)，具有高推進(jìn)力密度，高功率密度和高效率等優(yōu)點(diǎn)；但是，一方面由于永磁材料成本較高，對(duì)于較長(zhǎng)的軌道，將大大增加整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的成本，另一方面，永磁材料的磁性能易受溫度，銹蝕和振動(dòng)等外部環(huán)境因素的影響，因此，對(duì)于運(yùn)行軌道較長(zhǎng)和運(yùn)行環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合，永磁直線電動(dòng)機(jī)并不適用；3)直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，電機(jī)本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，運(yùn)行可靠性高，具有能夠在各種惡劣條件下運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，維護(hù)成本低。除此之外，其整個(gè)系統(tǒng)效率高于直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，而且其調(diào)速性能十分優(yōu)越，具有寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍，可以通過(guò)各種靈活的控制策略實(shí)現(xiàn)一系列令人滿意的性能。盡管如此，由于直線電動(dòng)機(jī)的氣隙普遍大于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，加之磁阻轉(zhuǎn)矩的特性，直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的推進(jìn)力密度較低，因此，提高直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的推進(jìn)力密度，是亟待解決的問(wèn)題。在旋轉(zhuǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)中，如果采用導(dǎo)磁塊轉(zhuǎn)子，可以起到提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度的作用，但在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，只能轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)磁塊結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，會(huì)受到離心力作用，這就使得導(dǎo)磁塊的固定困難，尤其是電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，會(huì)大大降低電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。不僅如此，由于旋轉(zhuǎn)電機(jī)為圓柱形結(jié)構(gòu)，定子內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子外圓間需要保持較小又均勻的氣隙，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子采用離散的導(dǎo)磁塊組合而成時(shí)，制造過(guò)程復(fù)雜，對(duì)工藝要求高，由于旋轉(zhuǎn)電機(jī)為封閉的結(jié)構(gòu)，采用離散導(dǎo)磁塊對(duì)減小鐵心用量的意義不大。在直線開關(guān)磁阻電機(jī)中，沒有繞組的一側(cè)為定子，有繞組的一側(cè)為動(dòng)子，定子和動(dòng)子均為矩形截面，定子不受離心力影響，導(dǎo)磁塊安裝簡(jiǎn)便，而且，在直線傳輸場(chǎng)合，電機(jī)的定子實(shí)際為傳輸軌道，直線開關(guān)磁阻電機(jī)的定子采用離散導(dǎo)磁塊，不僅結(jié)構(gòu)可靠，而且能夠大大減少傳輸軌道的鐵心材料用量，降低成本。另外，現(xiàn)有直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)由于定子鐵心軛部較長(zhǎng)導(dǎo)致鐵心材料利用率低，而且動(dòng)子槽內(nèi)需要相間絕緣，動(dòng)子槽利用率低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，它具有有效提高直線電機(jī)的推進(jìn)力密度，減少制造電機(jī)所需的鐵心用量，提高鐵心材料利用率和動(dòng)子槽利用率的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，它包括定子和動(dòng)子，定子包括定子機(jī)座和若干離散導(dǎo)磁塊，離散導(dǎo)磁塊均固定在定子機(jī)座內(nèi)，所述定子機(jī)座安放在動(dòng)子一側(cè)；所述動(dòng)子包括動(dòng)子鐵心，動(dòng)子鐵心上設(shè)有動(dòng)子齒、動(dòng)子槽和動(dòng)子軛部，所述相鄰動(dòng)子齒的齒寬不相等，每隔一個(gè)動(dòng)子齒的齒寬相等，動(dòng)子槽內(nèi)安放有一相動(dòng)子繞組。所述導(dǎo)磁塊為上窄下寬的梯形，導(dǎo)磁塊底部為燕尾型。所述定子機(jī)座為非導(dǎo)磁材料。所述非導(dǎo)磁材料為鋁合金或有機(jī)塑材。
·
所述動(dòng)子繞組圍繞兩個(gè)相鄰動(dòng)子槽之間較寬的動(dòng)子齒纏繞，兩個(gè)相鄰動(dòng)子槽內(nèi)的繞組組成一個(gè)線圈，并且屬于同一相繞組。所述動(dòng)子鐵心采用硅鋼片疊壓而成。所述某一相動(dòng)子繞組組成的線圈所在的兩個(gè)相鄰動(dòng)子槽之間的動(dòng)子齒中心線與一個(gè)動(dòng)子槽中心線對(duì)齊時(shí)，與之相鄰的同一相的另外一個(gè)線圈動(dòng)子齒也與另一個(gè)動(dòng)子槽中心線對(duì)齊。定子為單側(cè)，安放在動(dòng)子一側(cè)，定子包括非導(dǎo)磁定子機(jī)座和橫截面為梯形的導(dǎo)磁塊，導(dǎo)磁塊底部為燕尾形，以便于固定在非導(dǎo)磁機(jī)座上，定子和動(dòng)子之間設(shè)有空氣隙。動(dòng)子包括動(dòng)子鐵心和動(dòng)子槽，動(dòng)子鐵心包括動(dòng)子齒和動(dòng)子軛部，兩個(gè)相鄰動(dòng)子齒的齒寬不相同，每隔一個(gè)動(dòng)子齒的齒寬相同，動(dòng)子槽內(nèi)安放有動(dòng)子繞組，繞組為簡(jiǎn)單的集中繞組，圍繞齒寬較寬的動(dòng)子齒纏繞，從齒寬較寬動(dòng)子齒一側(cè)的動(dòng)子槽進(jìn)入，再?gòu)牧硪粋?cè)的動(dòng)子槽穿出，使這兩個(gè)相鄰動(dòng)子槽內(nèi)繞組的電流大小相同，反向相反。本發(fā)明具有通用性，設(shè)電機(jī)的相數(shù)為m，m為大于等于3的自然數(shù)，電機(jī)動(dòng)子極數(shù)Pt和定子極數(shù)Ps滿足以下條件Pt=n*m, Ps=n*m_n其中，η為大于等于2的偶數(shù)。(I)本發(fā)明中的電機(jī)包括動(dòng)子，所述動(dòng)子包括動(dòng)子鐵心和動(dòng)子槽，所述動(dòng)子鐵心采用硅鋼片疊壓而成，包括動(dòng)子齒、動(dòng)子槽和動(dòng)子軛部，所述動(dòng)子槽內(nèi)安放有繞組，齒寬較寬的動(dòng)子齒兩側(cè)的動(dòng)子槽內(nèi)的繞組為一個(gè)線圈，所述繞組從齒寬較寬的動(dòng)子齒一側(cè)的動(dòng)子槽進(jìn)入，從另一側(cè)的動(dòng)子槽穿出，圍繞該動(dòng)子齒纏繞，形成一個(gè)線圈，以此類推，其他動(dòng)子槽的繞組同法安放，定子機(jī)座安放在動(dòng)子的一側(cè)，與動(dòng)子鐵心平行，所述定子機(jī)座由非導(dǎo)磁材料構(gòu)成，橫截面為梯形的離散導(dǎo)磁塊均勻安放在非導(dǎo)磁定子機(jī)座的內(nèi)部，所述離散的導(dǎo)磁塊底部做成燕尾型以便于固定在非導(dǎo)磁定子機(jī)座上，定子和動(dòng)子之間設(shè)有空氣隙。當(dāng)電機(jī)的一個(gè)較寬動(dòng)子齒的中心線與兩個(gè)導(dǎo)磁塊之間的動(dòng)子槽的中心線對(duì)齊時(shí)，此時(shí)這個(gè)動(dòng)子齒兩側(cè)的動(dòng)子槽內(nèi)的繞組線圈通電，所產(chǎn)生的磁通分兩部分，一部分通過(guò)該動(dòng)子齒左半部分、空氣隙、導(dǎo)磁塊，與之相鄰的左側(cè)動(dòng)子齒和動(dòng)子軛部閉合，另一部分通過(guò)該動(dòng)子齒右半部分、空氣隙、導(dǎo)磁塊，與之相鄰的右側(cè)動(dòng)子齒和動(dòng)子軛部閉合，此時(shí)該繞組線圈產(chǎn)生的磁通對(duì)應(yīng)的磁路磁阻最??；當(dāng)較寬動(dòng)子齒的中心線與一個(gè)導(dǎo)磁塊的中心線對(duì)齊時(shí)，該繞組線圈產(chǎn)生的磁通對(duì)應(yīng)的磁路磁阻最大，由于磁阻的變化會(huì)產(chǎn)生推進(jìn)力并做功，因此，隨著動(dòng)子和定子之間的相對(duì)位置變化，持續(xù)不斷的給繞組線圈通電時(shí)，便可持續(xù)地產(chǎn)生推進(jìn)力并做功，由于繞組線圈通電時(shí)，該線圈所在動(dòng)子槽的兩側(cè)的動(dòng)子齒均有磁通通過(guò)，并且均與該繞組線圈交鏈，在同樣體積下，本發(fā)明電機(jī)所能產(chǎn)生的推進(jìn)力密度大于現(xiàn)有開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明中的定子為離散的導(dǎo)磁塊，省去了定子軛部，制造工藝簡(jiǎn)單，降低了制造電機(jī)時(shí)鐵心材料的用量并提高了鐵心材料的利用率；定子為單側(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，滿足只能依靠單側(cè)推進(jìn)力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合；采用不等動(dòng)子齒寬，使繞組圍繞齒寬較寬的定子齒纏繞，成為簡(jiǎn)單的集中繞組，減小了端部用銅量和運(yùn)行時(shí)的銅耗；每個(gè)動(dòng)子槽內(nèi)只安放有一套繞組，省去了相間絕緣，提高了動(dòng)子槽利用率；每個(gè)繞組線圈所在動(dòng)子槽兩側(cè)的動(dòng) 子齒均有磁通經(jīng)過(guò)，所產(chǎn)生的推進(jìn)力大于現(xiàn)有直線開關(guān)磁阻電機(jī)，在直線傳輸場(chǎng)合，電機(jī)的定子實(shí)際為傳輸軌道，直線開關(guān)磁阻電機(jī)的定子采用離散導(dǎo)磁塊，不僅結(jié)構(gòu)可靠，而且能夠大大減少傳輸軌道的鐵心材料用量，降低成本，便于安裝。


圖I為本發(fā)明電機(jī)實(shí)施方式I結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明電機(jī)實(shí)施方式2結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明電機(jī)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I.定子機(jī)座，2.導(dǎo)磁塊，3.動(dòng)子鐵心，4.動(dòng)子槽，5.動(dòng)子繞組，6.空氣隙。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，具體實(shí)施方式
I :下面結(jié)合圖I對(duì)實(shí)施方式I進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式電機(jī)相數(shù)m=3,動(dòng)子極數(shù)Pt=6,定子極數(shù)Ps=4,本實(shí)施方式包括定子機(jī)座I,定子機(jī)座I內(nèi)安放有離散的導(dǎo)磁塊2，導(dǎo)磁塊2均勻分布在定子機(jī)座I的內(nèi)部，導(dǎo)磁塊2的底部加工成燕尾型以便固定在定子機(jī)座I上，在定子機(jī)座I的一側(cè)設(shè)有動(dòng)子鐵心3，和定子機(jī)座I平行，定子機(jī)座I和動(dòng)子鐵心3之間有空氣隙6,動(dòng)子鐵心3上開有動(dòng)子槽4,動(dòng)子槽4內(nèi)安放有動(dòng)子繞組5，齒寬較寬的動(dòng)子齒兩側(cè)的動(dòng)子槽4內(nèi)的繞組為一個(gè)線圈，動(dòng)子繞組5從齒寬較寬的動(dòng)子齒的一側(cè)動(dòng)子槽4進(jìn)入，從另一側(cè)動(dòng)子槽4穿出，圍繞該動(dòng)子齒纏繞，形成一個(gè)線圈，當(dāng)該線圈所圍繞的較寬動(dòng)子齒的中心線與一個(gè)動(dòng)子槽中心線對(duì)齊時(shí)，與之相鄰的同相繞組的另外一個(gè)線圈圍繞的動(dòng)子齒與另一個(gè)動(dòng)子槽4中心線對(duì)齊。
具體實(shí)施方式
2 :下面結(jié)合圖2對(duì)實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明，實(shí)施方式2與實(shí)施方式I的區(qū)別在于，電機(jī)的定子和動(dòng)子極數(shù)不相同。本實(shí)施方式電機(jī)相數(shù)m=3，動(dòng)子極數(shù)Pt=12，定子極數(shù)Ps=8，本實(shí)施方式包括定子機(jī)座I，定子機(jī)座I上安放有離散的導(dǎo)磁塊2，導(dǎo)磁塊2均勻分布在定子機(jī)座I的內(nèi)部，導(dǎo)磁塊2的底部加工成燕尾型以便固定在定子機(jī)座I上,在定子機(jī)座I的一側(cè)設(shè)有動(dòng)子鐵心3，和定子機(jī)座I平行，定子機(jī)座I和動(dòng)子鐵心3之間有空氣隙6，動(dòng)子鐵心3上開有動(dòng)子槽4，動(dòng)子槽4內(nèi)安放有動(dòng)子繞組5，齒寬較寬的動(dòng)子齒兩側(cè)的動(dòng)子槽4內(nèi)的繞組為一個(gè)線圈，動(dòng)子繞組5從齒寬較寬的動(dòng)子齒一側(cè)的動(dòng)子槽進(jìn)入，從另一側(cè)動(dòng)子槽4穿出，圍繞該動(dòng)子齒纏繞，形成一個(gè)線圈，當(dāng)該線圈所圍繞的較寬動(dòng)子齒的中心線與一個(gè)動(dòng)子槽4中心線對(duì)齊時(shí)，與之相鄰的同相繞組的另外一個(gè)線圈圍繞的動(dòng)子齒與另一個(gè)動(dòng)子槽4中心線對(duì)齊。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。·
權(quán)利要求
1.一種單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，它包括定子和動(dòng)子，其特征是，定子包括定子機(jī)座和若干離散導(dǎo)磁塊，離散導(dǎo)磁塊均固定在定子機(jī)座內(nèi)，所述定子機(jī)座安放在動(dòng)子一側(cè)；所述動(dòng)子包括動(dòng)子鐵心，動(dòng)子鐵心上設(shè)有動(dòng)子齒、動(dòng)子槽和動(dòng)子軛部，所述相鄰動(dòng)子齒的齒寬不相等，每隔一個(gè)動(dòng)子齒的齒寬相等，動(dòng)子槽內(nèi)安放有動(dòng)子繞組。
2.如權(quán)利要求I所述單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述導(dǎo)磁塊為上窄下寬的梯形，導(dǎo)磁塊底部為燕尾型。
3.如權(quán)利要求I所述單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述定子機(jī)座為非導(dǎo)磁材料。
4.如權(quán)利要求3所述單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述非導(dǎo)磁材料為鋁合金或有機(jī)塑材。
5.如權(quán)利要求I所述單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特 征是，所述定子和動(dòng)子之間設(shè)有空氣隙。
6.如權(quán)利要求I所述單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述動(dòng)子繞組圍繞兩個(gè)相鄰動(dòng)子槽之間較寬的動(dòng)子齒纏繞，兩個(gè)相鄰動(dòng)子槽內(nèi)的繞組組成一個(gè)線圈，并且屬于同一相繞組。
7.如權(quán)利要求I所述單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，其特征是，所述動(dòng)子鐵心采用硅鋼片疊壓而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單側(cè)定子不等動(dòng)子齒寬離散導(dǎo)磁塊型直線開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，它包括定子和動(dòng)子，其特征是，定子包括，定子包括定子機(jī)座和若干離散導(dǎo)磁塊，離散導(dǎo)磁塊均固定在定子機(jī)座內(nèi)，所述定子機(jī)座為單側(cè)，所述定子安放在動(dòng)子一側(cè)；所述動(dòng)子包括動(dòng)子鐵心，動(dòng)子鐵心上設(shè)有動(dòng)子齒、動(dòng)子槽和動(dòng)子軛部，所述相鄰動(dòng)子齒的齒寬不相等，每隔一個(gè)動(dòng)子齒的齒寬相等，動(dòng)子槽內(nèi)安放有動(dòng)子繞組。本發(fā)明中的定子為離散的導(dǎo)磁塊，省去了定子軛部，制造工藝簡(jiǎn)單，降低了制造電機(jī)時(shí)鐵心材料的用量并提高了鐵心材料的利用率；繞組為簡(jiǎn)單的集中繞組，減小了端部用銅量；每個(gè)動(dòng)子槽內(nèi)只安放有一套繞組，省去了相間絕緣，提高了動(dòng)子槽利用率。
文檔編號(hào)H02K41/03GK102882348SQ20121039837
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者王道涵, 王秀和 申請(qǐng)人:山東大學(xué)