一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，包括初級動(dòng)子和次級定子，所述的初級動(dòng)子由初級模塊并列連接而成，所述的初級動(dòng)子和次級定子均由導(dǎo)磁材料制成，所述的次級定子為等齒寬的凸極結(jié)構(gòu)，所述的初級動(dòng)子和次級定子之間為氣隙，所述的初級模塊兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電樞齒，所述的兩個(gè)電樞齒之間設(shè)有一個(gè)勵(lì)磁齒，所述的每個(gè)電樞齒上繞有一套電樞繞組，所述的每個(gè)勵(lì)磁齒上繞有一套勵(lì)磁繞組，所述的電樞齒的端部貼裝有兩塊極性相反的切向充磁的永磁體。降低了永磁體發(fā)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電機(jī)的可靠性。解決了狹小的導(dǎo)磁橋易于飽和的問題。提高了電機(jī)的容錯(cuò)性能。適合于需要大范圍變速運(yùn)行的應(yīng)用場合。
【專利說明】一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁通反向電機(jī)，特別是一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在需要直線傳動(dòng)場合，直線電機(jī)相比于旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有更高的傳動(dòng)效率，能夠提升整個(gè)系統(tǒng)的性能。尤其在輪軌交通系統(tǒng)中，直線電機(jī)具有爬坡能力強(qiáng)、線路適用性強(qiáng)、工程造價(jià)低和噪音低等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今，感應(yīng)式的直線電機(jī)已經(jīng)在各國城市軌道交通中得到應(yīng)用。但是，感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁損耗大、功率因數(shù)低。相比于感應(yīng)電機(jī)，永磁直線電機(jī)力能指標(biāo)高、效率高、功率因數(shù)高?？墒菍鹘y(tǒng)的永磁直線電機(jī)來說，無論是將繞組還是永磁體沿軌道鋪設(shè)，隨著軌道長度的增加，電機(jī)的制造成本也將會(huì)急劇增加。
[0003]磁通反向直線電機(jī)不同于傳統(tǒng)的永磁直線電機(jī)，它的永磁體和繞組都位于短初級上。而長次級僅由價(jià)格低廉的硅鋼片疊壓制成，非常適合沿軌道進(jìn)行長線的鋪設(shè)。但是電機(jī)制成之后，氣隙磁場難以調(diào)節(jié)，進(jìn)而帶來恒功率調(diào)速范圍小，弱磁升速困難的問題，不利于列車的調(diào)速。此外，在電機(jī)發(fā)生短路故障時(shí)也無法滅磁，可能會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大，不利于列車的安全運(yùn)行。
[0004]混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)合了永磁電機(jī)和電勵(lì)磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，在永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加入勵(lì)磁繞組，可以方便地對氣隙磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而擴(kuò)大電機(jī)的調(diào)速范圍。中國授權(quán)發(fā)明專利 CN200910035497.X 和
[0005]CN201210083874.9分別公開了一種混合勵(lì)磁型磁通反向電機(jī)，在原有永磁磁通反向電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上都沒有做出太大變化，保留了永磁磁通反向電機(jī)緊湊簡單的結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁繞組不占用槽空間，不需要額外增加電機(jī)的體積，但是，由于勵(lì)磁磁通需要穿過永磁體，因此，調(diào)節(jié)磁場的效率不高。中國授權(quán)發(fā)明專利CN201320123623.9和
[0006]CN201110097982.7公開了一種轉(zhuǎn)子分段式混合勵(lì)磁磁通反向電機(jī)，在永磁體兩邊都留有導(dǎo)磁橋，因此，電機(jī)調(diào)磁性能得到了提升。分段式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)也提高了電機(jī)的容錯(cuò)性能。但是，導(dǎo)磁橋的寬度較為狹小，容易飽和，制約了電機(jī)的調(diào)磁能力。分段式的轉(zhuǎn)子也給制造加工和安裝帶來麻煩。此外，以上電機(jī)結(jié)構(gòu)中，永磁體的充磁方向均為徑向，與電樞、勵(lì)磁繞組通入電流產(chǎn)生的磁勢相互串聯(lián)，永磁體容易發(fā)生不可逆退磁，使電機(jī)出現(xiàn)故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，采用切向充磁的永磁體，其充磁方向與電樞、勵(lì)磁繞組磁勢相并聯(lián)，不容易在電流變化沖擊下發(fā)生不可逆退磁。勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通不需要經(jīng)過磁阻很大的永磁體，因此提高了電機(jī)的調(diào)磁效率。電樞齒實(shí)際上充當(dāng)了導(dǎo)磁橋的功能，避免了狹小的導(dǎo)磁橋易于飽和的問題。同時(shí)，擯棄復(fù)雜的分段式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，而采用模塊化的初級結(jié)構(gòu)使相間隔離，提升電機(jī)的容錯(cuò)性能。[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，包括初級動(dòng)子和次級定子，所述的初級動(dòng)子由初級模塊并列連接而成，所述的初級動(dòng)子和次級定子均由導(dǎo)磁材料制成，所述的次級定子為等齒寬的凸極結(jié)構(gòu)，所述的初級動(dòng)子和次級定子之間為氣隙，所述的初級模塊兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電樞齒，所述的兩個(gè)電樞齒之間設(shè)有一個(gè)勵(lì)磁齒，所述的每個(gè)電樞齒上繞有一套電樞繞組，所述的每個(gè)勵(lì)磁齒上繞有一套勵(lì)磁繞組，所述的電樞齒的端部貼裝有兩塊極性相反的切向充磁的永磁體。
[0009]所述的初級模塊中兩個(gè)電樞齒的齒距為λ5) τ ρ，相鄰初級模塊之間的相對位移為τ s=k τ ρ± (Ι/m) τ ρ，τ ρ為次級極距、k, j為正整數(shù)，m為電機(jī)的相數(shù)。
[0010]所述的初級模塊中電樞繞組反向串聯(lián)，勵(lì)磁繞組正向串聯(lián)。
[0011]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]1.本發(fā)明采用切向充磁的永磁體，使永磁體磁勢方向與電樞、勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生磁勢方向相互并聯(lián)，降低了永磁體發(fā)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電機(jī)的可靠性。
[0013]2.本發(fā)明充分利用電樞齒，使其具有導(dǎo)磁橋的功能，借此來提高調(diào)磁效率。沒有額外在永磁體的兩邊加入狹小的導(dǎo)磁橋，從根本上解決了狹小的導(dǎo)磁橋易于飽和的問題。
[0014]3.本發(fā)明采用模塊化的初級結(jié)構(gòu)，不僅使電機(jī)反電勢正弦對稱，同時(shí)提高了電機(jī)的容錯(cuò)性能。
[0015]4.本發(fā)明可以方便地對勵(lì)磁、電樞繞組匝數(shù)，電流大小進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，對電機(jī)進(jìn)行效率優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最 優(yōu)效率，適合于需要大范圍變速運(yùn)行的應(yīng)用場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例在不同勵(lì)磁工況下的A相電樞繞組磁鏈波形圖。
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例在不同勵(lì)磁工況下的A相電樞繞組反電勢波形圖。
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例在永磁體單獨(dú)作用時(shí)磁通分布圖。
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例在永磁體和勵(lì)磁繞組共同作用時(shí)磁通分布圖。
[0021]圖中:1、初級動(dòng)子，10a、初級a模塊，10b、初級b模塊，10c、初級c模塊，11、電樞齒，12、勵(lì)磁齒，13、電樞繞組，14、勵(lì)磁繞組，15、永磁體，2、次級定子。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面根據(jù)說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
[0023]如圖1所示，一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，包括初級動(dòng)子I和次級定子2，所述的初級動(dòng)子I由初級a模塊10a、初級b模塊IOb和初級c模塊IOc并列連接而成，所述的初級動(dòng)子I和次級定子2均由導(dǎo)磁材料制成，所述的次級定子2為等齒寬的凸極結(jié)構(gòu)，所述的初級動(dòng)子I和次級定子2之間為氣隙，所述的初級模塊兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電樞齒11，所述的兩個(gè)電樞齒11之間設(shè)有一個(gè)勵(lì)磁齒12，所述的每個(gè)電樞齒11上繞有一套電樞繞組13，所述的每個(gè)勵(lì)磁齒12上繞有一套勵(lì)磁繞組，所述的電樞齒11的端部貼裝有兩塊極性相反的切向充磁的永磁體15。
[0024]所述的初級模塊中兩個(gè)電樞齒11的齒距為A1=UiOA) τρ，相鄰初級模塊之間的相對位移為τ s=k τ p± (1/m) τ ρ, τ ρ為次級極距、k, j為正整數(shù)，m為電機(jī)的相數(shù)。[0025]所述的初級模塊中電樞繞組13反向串聯(lián)，勵(lì)磁繞組正向串聯(lián)。
[0026]因?yàn)楸景l(fā)明實(shí)施例電機(jī)為三相電機(jī)，故m=3。再取n=l，初級由m.η個(gè)模塊構(gòu)成，即3個(gè)模塊構(gòu)成；每個(gè)模塊中包含有2i個(gè)電樞齒11、i個(gè)勵(lì)磁齒12，i為正整數(shù)，取i=l，則每個(gè)模塊中包含有2個(gè)電樞齒11、1個(gè)勵(lì)磁齒12。本實(shí)施例電機(jī)初級分別由3個(gè)初級模塊構(gòu)成，以初級a模塊IOa為例，在初級a模塊IOa中包含有2個(gè)電樞齒11 (A1、A2)和I個(gè)勵(lì)磁齒12(U)。同一模塊中相鄰電樞齒11的齒距為X1=(JiOj) τρ，相鄰模塊之間的相對位移為Ts=kTp±(l/m) τρ，τρ為次級極距、k，j為正整數(shù)。分別取k、j為7、4，則同一模塊中相鄰電樞齒11的齒距為λ 1=(4+0.5) τ ρ=4.5 τ ρ，相鄰模塊之間的相對位移為τ s=7 τ ρ+(1/3)τρ=22τρ/3。以初級a模塊IOa為例,相鄰電樞齒11 (Al、A2)齒相距4.5 τ p，即分屬這兩個(gè)電樞齒11的兩套集中繞組相差180°電角度相位，兩套集中繞組需要反向串聯(lián)(如圖1中A相繞組所示)，使得A相的磁路具有互補(bǔ)性，同理B相和C相也具有互補(bǔ)性，這就使三相反電勢的基波都得到了增強(qiáng)，而高次偶次諧波部分相互抵消。使得各相反電勢的波形正弦對稱。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例直線電機(jī)在純永磁體15勵(lì)磁下的A相反電勢波形圖，由圖可見，反電勢波形正弦對稱。
[0027]圖4和圖5分別是純永磁(純永磁體15勵(lì)磁)和増磁(即通入增磁性質(zhì)直流電勵(lì)磁和永磁體15勵(lì)磁共同作用)兩種工況下的磁場分布圖。圖4中可以看到A相，即初級a模塊IOa中，永磁體15只在自身模塊中產(chǎn)生磁場，很少與其他模塊匝鏈。圖5中可以看到A相，即初級a模塊IOa中，永磁體15和直流電勵(lì)磁也只在自身模塊中產(chǎn)生磁場，很少與其他模塊匝鏈。所以，本發(fā)明各相間耦合小，相互獨(dú)立，具有較高容錯(cuò)性能。
[0028]綜上，本發(fā)明米用切向充磁的永磁體15,使永磁體15磁勢方向與電樞、勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生磁勢方向相互并聯(lián)，降低了永磁體15發(fā)生不可逆退磁的風(fēng)險(xiǎn)，提高了電機(jī)的可靠性。本發(fā)明充分利用電樞齒11，使其具有導(dǎo)磁橋的功能，借此來提高調(diào)磁效率。沒有額外在永磁體15的兩邊加入狹小的導(dǎo)磁橋，從根本上解決了狹小的導(dǎo)磁橋易于飽和的問題。本發(fā)明采用模塊化的初級結(jié)構(gòu)，不僅使反電勢正弦對稱，同時(shí)提高了電機(jī)的容錯(cuò)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，包括初級動(dòng)子和次級定子，其特征在于所述的初級動(dòng)子由初級模塊并列連接而成，所述的初級動(dòng)子和次級定子均由導(dǎo)磁材料制成，所述的次級定子為等齒寬的凸極結(jié)構(gòu)，所述的初級動(dòng)子和次級定子之間為氣隙，所述的初級模塊兩側(cè)分別設(shè)有兩個(gè)電樞齒，所述的兩個(gè)電樞齒之間設(shè)有一個(gè)勵(lì)磁齒，所述的每個(gè)電樞齒上繞有一套電樞繞組，所述的每個(gè)勵(lì)磁齒上繞有一套勵(lì)磁繞組，所述的電樞齒的端部貼裝有兩塊極性相反的切向充磁的永磁體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，其特征在于所述的初級模塊中兩個(gè)電樞齒的齒距為X1=(JiOj) τρ，相鄰初級模塊之間的相對位移為τ s=k τ p± (1/m) τ ρ, τ ρ為次級極距、k, j為正整數(shù)，m為電機(jī)的相數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切向充磁的磁通反向混合勵(lì)磁直線電機(jī)，其特征在于所述的初級模塊中電樞繞組反向串聯(lián)，勵(lì)磁繞組正向串聯(lián)。
【文檔編號(hào)】H02K41/02GK103633810SQ201310584972
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】趙文祥, 徐亮, 吉敬華, 劉國海 申請人:江蘇大學(xué)