一種永磁直線電機及由其構(gòu)成的電機模組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁直線電機及由其構(gòu)成的電機模組。永磁直線電機包括動子和定子。動子為凸極結(jié)構(gòu)，定子為分段凸極結(jié)構(gòu)，且兩者之間具有氣隙。動子包括三組導(dǎo)磁齒，永磁體和電樞繞組均在動子上。定子上既無永磁體也無繞組，僅為導(dǎo)磁材料構(gòu)成。動子上第一組導(dǎo)磁齒的齒尖貼有充磁方向垂直于定子平面的永磁體，第二組導(dǎo)磁齒繞電樞繞組，第三組導(dǎo)磁齒為既無永磁體也不繞電樞繞組的邊端齒。第一組導(dǎo)磁齒和第二組導(dǎo)磁齒相間分布，第三組導(dǎo)磁齒位于動子兩邊端。本發(fā)明的電機具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，效率高，推力較大，容錯性好等優(yōu)點。尤其是定子分段化結(jié)構(gòu)使定子模塊制造簡便、造價低，令該電機特別適合于短動子長定子結(jié)構(gòu)直線電機應(yīng)用場合。
【專利說明】一種永磁直線電機及由其構(gòu)成的電機模組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機的制造【技術(shù)領(lǐng)域】，且特別是有關(guān)于一種定子分段化，動子上永磁體表面貼裝式的永磁直線電機及由其構(gòu)成的電機模組。
【背景技術(shù)】
[0002]電機是傳動系統(tǒng)的主要部件，根據(jù)不同的應(yīng)用場合選擇適合的電機類型對提高整個系統(tǒng)的性能和效率都非常重要。在直線驅(qū)動應(yīng)用場合，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機需要一定中間轉(zhuǎn)換裝置將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。這樣帶來了諸多問題，比如，系統(tǒng)體積龐大，重量增加，噪聲高，維護成本增加，可靠性降低，而在軌道交通應(yīng)用中若使用旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動，車輛速度過高會出現(xiàn)輪軌滑動等問題。因此，采用直線電機代替旋轉(zhuǎn)電機這一技術(shù)手段，可以克服旋轉(zhuǎn)電機在此類高速應(yīng)用場合中的上述缺點，提高整個系統(tǒng)的效率。
[0003]中國是稀土大國，隨著電力電子技術(shù)和磁性材料的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)永磁電機得到迅速的發(fā)展。此類電機具有效率高、功率密度高、控制簡便等優(yōu)點。其相應(yīng)的直線結(jié)構(gòu)也被廣泛研究。傳統(tǒng)的永磁直線同步電機兼有永磁電機和直線電機的雙重優(yōu)點。與直線感應(yīng)電機相t匕，永磁直線同步電機效率高，功率因數(shù)高，重量輕，且具有發(fā)電制動功能。然而，由于傳統(tǒng)的永磁電機的永磁體和電樞繞組分別安裝在初級和次級，而永磁體和電樞的成本都較高，在如軌道交通等長定子應(yīng)用場合中無疑導(dǎo)致系統(tǒng)成本增加。
[0004]目前，國際上研究比較熱點的動子永磁型直線電機是以雙極性磁鏈的磁通切換永磁電機為代表，這類電機具有較高的功率密度，其永磁體和電樞繞組均放置在動子上，定子僅為導(dǎo)磁鐵心材料，具有功率密度高，結(jié)構(gòu)簡單，易于散熱，高可靠性等優(yōu)點。因此，該結(jié)構(gòu)電機在長定子應(yīng)用場合可以降低系統(tǒng)成本。然而，這種結(jié)構(gòu)的動子永磁型直線電機其定子為連續(xù)的導(dǎo)磁材料鋪設(shè)構(gòu)成，在諸如軌道交通等長定子應(yīng)用場合其系統(tǒng)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種永磁直線電機及由其構(gòu)成的電機模組，該電機的定子由分段化的導(dǎo)磁模塊組成，繞組和永磁體均在動子上，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、效率高，推力比較大，容錯性好和造價低等優(yōu)點
本發(fā)明公開了一種永磁直線電機。永磁直線電機包括動子和定子。動子為凸極結(jié)構(gòu)，定子為分段凸極結(jié)構(gòu)，且兩者之間具有氣隙。動子包括三組導(dǎo)磁齒，永磁體和電樞繞組均在動子上。定子上既無永磁體也無電樞繞組，僅為導(dǎo)磁材料構(gòu)成。動子上第一組導(dǎo)磁齒的齒尖貼有永磁體，其充磁方向與定子平面垂直，第二組導(dǎo)磁齒繞電樞繞組，第三組導(dǎo)磁齒為既無永磁體也不繞電樞繞組的邊端齒。第一組導(dǎo)磁齒和第二組導(dǎo)磁齒相間分布，第三組導(dǎo)磁齒位于動子兩邊端。
[0006]本發(fā)明中，第一組導(dǎo)磁齒中相鄰齒尖的永磁體充磁方向相反。第二組導(dǎo)磁齒上繞組通過串聯(lián)或并聯(lián)形成不同的相繞組。動子上第一組導(dǎo)磁齒寬W1、第二組導(dǎo)磁齒寬W2、動子槽寬W。三者相等。第三組導(dǎo)磁齒寬W3與其他組齒寬可以相等或不相等。定子分段模塊的長度Ws等于Wi+WfW。，也即3*Wlt)當m=l或2時，定子分段模塊間距入工等于W1 ;當m=3時，A1為(1+2/3)*1 ;m蘭4時，入丨為(1+4 /m) W1，其中m是電機相數(shù)。
[0007]本發(fā)明中，永磁體的高度小于動子槽高，此結(jié)構(gòu)保證了永磁體高度根據(jù)需要靈活變化，提高電機性能，節(jié)省永磁體材料，降低系統(tǒng)成本。
[0008]本發(fā)明中，定子分段化模塊為導(dǎo)磁材料，其外側(cè)下方頂端具有倒角a，且a取0°、0°。由于定子上既無永磁體也無繞組，僅僅由價格較低的導(dǎo)磁材料模塊分段組成，使得本發(fā)明特別適用于如軌道交通、高層樓房電梯等長定子應(yīng)用場合，可以大大降低系統(tǒng)的制造成本。
[0009]本發(fā)明中，所述永磁直線電機是單邊平板結(jié)構(gòu)、雙邊平板結(jié)構(gòu)或圓筒型結(jié)構(gòu)。而且，所述永磁直線電機是電動機或發(fā)電機。
[0010]本發(fā)明還提出一種由上述永磁直線電機構(gòu)成的電機模組，包括由k個所述永磁直線電機，k為正整數(shù)。進一步的，所述k個所述永磁直線電機串聯(lián)構(gòu)成一個整體或分開單獨控制。
[0011]綜上，本發(fā)明結(jié)構(gòu)上的特點導(dǎo)致其具有:定子分段模塊化處理，永磁體設(shè)計靈活、反電勢比較正弦、定位力較小、推力波動小、氣隙的磁通密度較大、輸出推力較強、功率密度較高、效率較高、工藝簡單、長定子應(yīng)用場合電機成本低等優(yōu)點。本發(fā)明特別適合于長定子結(jié)構(gòu)直線電機應(yīng)用場合，例如城市軌道交通、工廠運輸傳動設(shè)備、高層樓房電梯等直線驅(qū)動場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的定子分段化動子表面貼裝式永磁直線電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為了說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點及運行原理，下面以一臺三相電機為例來說明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明所提供的永磁直線電機I由定子10和動子11組成，兩者之間具有氣隙。如圖所示，定子10為分段凸極結(jié)構(gòu)，動子11均采用凸極結(jié)構(gòu)。其中，定子10上既無永磁體也無繞組，僅為導(dǎo)磁材料，結(jié)構(gòu)簡單而堅固。
[0015]動子11上包括三組導(dǎo)磁齒，即第一組導(dǎo)磁齒110，第二組導(dǎo)磁齒111以及第三組導(dǎo)磁齒112。導(dǎo)磁齒110和導(dǎo)磁齒111相間分布。導(dǎo)磁齒112處于動子11兩邊端。進一步的，第一組導(dǎo)磁齒110齒端貼有永磁體114,充磁方向垂直于定子平面,相鄰導(dǎo)磁齒110齒端永磁體充磁方向相反，第二組導(dǎo)磁齒111繞有電樞繞組113。第三組導(dǎo)磁齒112上既無永磁體114也無電樞繞組113。
[0016]第一組導(dǎo)磁齒110寬度W1、第二組導(dǎo)磁齒111寬度W2和槽口寬度W。三者相等。第三組導(dǎo)磁齒112寬度W3等于1/2* W10
[0017]第一組導(dǎo)磁齒110齒間永磁體的厚度可以根據(jù)實際電機性能要求調(diào)整，從而達到性能最佳、永磁材料成本較低的要求。
[0018]在本實施例中，永磁直線電機I每一相繞組均由第二組導(dǎo)磁齒111上的兩個電樞繞組113串聯(lián)組成。A相繞組由Al和A2線圈串聯(lián)組成，B相繞組由BI和B2線圈串聯(lián)組成，C相繞組由Cl和C2線圈串聯(lián)組成。
[0019]定子10分段模塊的長度Ws等于Wi+WjW。，即3%。本實施例中為三相電機，即m=3，則定子分段模塊間距X1S(IMA)-Wlt5定子分段模塊外側(cè)下方頂端倒角a，a在0° "90°范圍內(nèi)取值。在不影響電機性能的前提下優(yōu)化a，減少定子10體積，節(jié)約電機制造成本。
[0020]本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所做的等效變化與修飾，都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁直線電機，包括動子和定子，所述動子為凸極結(jié)構(gòu)，定子為分段凸極結(jié)構(gòu)，且兩者之間具有氣隙，其特征在于，所述動子包括三組導(dǎo)磁齒，永磁體和電樞繞組均在動子導(dǎo)磁齒上，定子上既無永磁體也無繞組，僅為導(dǎo)磁材料構(gòu)成；其中動子上第一組導(dǎo)磁齒的齒尖貼有充磁方向垂直于定子平面的永磁體，第二組導(dǎo)磁齒繞電樞繞組，第三組導(dǎo)磁齒為既無永磁體也不繞電樞繞組的邊端齒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，第一組導(dǎo)磁齒和第二組導(dǎo)磁齒相間分布，第三組導(dǎo)磁齒位于動子兩邊端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，第一組導(dǎo)磁齒中相鄰齒尖的永磁體充磁方向相反，第二組導(dǎo)磁齒上繞組通過串聯(lián)或并聯(lián)形成不同的相繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，動子上第一組導(dǎo)磁齒寬W1、第二組導(dǎo)磁齒寬W2、動子槽寬W。三者相等，第三組導(dǎo)磁齒寬W3與其他組齒寬可以相等或不相等，定子分段模塊的長度Ws等于Wi+WfW。，即3*Wi，當m=l或2時，定子分段模塊間距入:等于W1;當 m=3 時，X1 *(1+2/3)% 4 時，^為(1+4 /m) W1，其中 m 是電機相數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，所述永磁體的高度小于動子槽聞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，所述分段化定子的外側(cè)下方頂端具有倒角a，且a取0°、0°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，所述永磁直線電機是單邊平板結(jié)構(gòu)、雙邊平板結(jié)構(gòu)或圓筒型結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁直線電機，其特征在于，所述永磁直線電機是電動機或發(fā)電機。
9.一種由權(quán)利要求1-8其中任一項所述的永磁直線電機構(gòu)成的電機模組，其特征在于，包括由k個所述永磁直線電機，k為正整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機模組，其特征在于，所述k個所述永磁直線電機串聯(lián)構(gòu)成一個整體或分開單獨控制。
【文檔編號】H02K41/03GK103618429SQ201310664996
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】程明, 張邦富, 曹瑞武 申請人:東南大學(xué)