次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式初級(jí)永磁型電機(jī)，包括初級(jí)和次級(jí)，初級(jí)和次級(jí)之間存在氣隙；初級(jí)的長(zhǎng)度小于次級(jí)的長(zhǎng)度，初級(jí)上交替分布有多個(gè)電樞齒和勵(lì)磁齒，每個(gè)電樞齒上均繞有一套電樞繞組，每個(gè)勵(lì)磁齒的頂面貼裝有永磁體，電樞齒的高度等于勵(lì)磁齒的高度加上永磁體的高度，多個(gè)永磁體的充磁方向呈N-S、S-N交替排列，充磁方向平行于電樞齒的中心軸線；次級(jí)由多個(gè)獨(dú)立的、導(dǎo)磁材料制成的扇形結(jié)構(gòu)構(gòu)成；初級(jí)與次級(jí)的極距比滿足：τs/τp=1±1/m。本發(fā)明減小車身和隧道的高度，降低了成本；各相獨(dú)立解耦，可靠性高，減小了邊端效應(yīng)，使得各相反電勢(shì)更對(duì)稱。
【專利說明】次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)電領(lǐng)域，尤其是一種次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出的更高要求，直線電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以省略將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，從而降低了系統(tǒng)成本，減小了系統(tǒng)體積，提高了系統(tǒng)精度。特別是在軌道交通應(yīng)用中，采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)牽引力由旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生后，需通過齒輪和傳動(dòng)連桿傳到輪軸上，再通過輪軌間蠕滑的作用來推動(dòng)車輛。一旦輪軌間傳遞的力超過輪軌允許的最大黏著力，電車就會(huì)空轉(zhuǎn)，從而喪失牽引能力；制動(dòng)時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)車輪滑行現(xiàn)象。另一方面，由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)車整體高度較高，而機(jī)車整體高度決定了地鐵施工的橫斷面面積，直接影響成本。
[0003]因此，直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)正逐步應(yīng)用于軌道交通方面，包括直線感應(yīng)電機(jī)和永磁直線電機(jī)。其中直線感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是功率密度和效率均不高，對(duì)氣隙的變化也較為敏感；永磁直線電機(jī)與直線感應(yīng)電機(jī)相比,效率高、體積小、重量輕，同時(shí)具有永磁電機(jī)和直線電機(jī)的雙重優(yōu)點(diǎn)，但無論是將電樞繞組沿軌道鋪設(shè)，還是將永磁體沿軌道鋪設(shè)，在軌道交通這種長(zhǎng)行程的直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，都會(huì)造成制造成本過大，且維護(hù)不方便。
[0004]初級(jí)永磁型直線電機(jī)為永磁體和繞組都置于初級(jí)的永磁電機(jī)，其能夠解決上述問題，但是，一般的初級(jí)永磁型直線電機(jī)，次級(jí)結(jié)構(gòu)由齒和扼部構(gòu)成，導(dǎo)致了次級(jí)較高，不利于減小電機(jī)系統(tǒng)整體的高度，且存在邊端效應(yīng)，導(dǎo)致各相反電勢(shì)不對(duì)稱。雖然可以通過附加齒等方法來減小邊端效應(yīng)，但會(huì)增加了電機(jī)的長(zhǎng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有直線牽引電機(jī)技術(shù)的不足，本發(fā)明基于初級(jí)永磁型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出一種高可靠性的次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)。所述次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)凸極式次級(jí)結(jié)構(gòu)相比，高度明顯降低，應(yīng)用到軌道交通這種長(zhǎng)行程的直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，能夠減小車身和隧道的高度；并且其各極磁路獨(dú)立，減小了邊端效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了相間磁路解耦，各相反電勢(shì)正弦，是一種具有容錯(cuò)性能的、短磁路式、次級(jí)模塊化的初級(jí)永磁型直線容錯(cuò)電機(jī)。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)，包括初級(jí)和次級(jí)，初級(jí)和次級(jí)之間存在氣隙；初級(jí)的長(zhǎng)度小于次級(jí)的長(zhǎng)度，初級(jí)上交替分布有多個(gè)電樞齒和勵(lì)磁齒，每個(gè)電樞齒上均繞有一套電樞繞組，每個(gè)勵(lì)磁齒的頂面貼裝有永磁體，電樞齒的高度等于勵(lì)磁齒的高度加上永磁體的高度，多個(gè)永磁體的充磁方向呈N-S、S-N交替排列，充磁方向均為平行于電樞齒的中心軸線；次級(jí)由多個(gè)獨(dú)立的、導(dǎo)磁材料制成的扇形結(jié)構(gòu)構(gòu)成；
[0008]初級(jí)與次級(jí)的極距比滿足:τ s/ τ p=l 土 1/m,
[0009]其中τ s為初級(jí)極距，τ ρ為次級(jí)極距，m=nN, N為所述次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的相數(shù)，n為正整數(shù)1，2，3，4，……;“± ”的選取以及m值的選取規(guī)則是要保證最終得到的電機(jī)的反電勢(shì)波形為相位正確的正弦波。
[0010]優(yōu)選地，所述永磁體的寬度等于勵(lì)磁齒的寬度。
[0011 ] 優(yōu)選地，多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)之間留有空隙、且等間距分布。
[0012]本發(fā)明所述的次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)，具有以下有益效果:
[0013]本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的次級(jí)為各極分段獨(dú)立結(jié)構(gòu)，一方面，不存在齒與齒相連的扼部，若用于軌道交通中能夠有效的減小車身和隧道的高度，大大減小制造的成本；另一方面，使得電樞繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)為短磁路結(jié)構(gòu)，各相獨(dú)立解耦，可靠性高，在不增加輔助齒的情況下，減小了邊端效應(yīng)，使得各相反電勢(shì)更加對(duì)稱。另外，次級(jí)沒有繞組、電刷、永磁體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，易于維護(hù)。
[0014]本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的初級(jí)上的電樞繞組為集中式繞組，制作嵌線方便，繞組端部短，電阻和銅耗較小，且相與相之間物理隔離、熱隔離。永磁體采用表面貼裝的形式，且位于勵(lì)磁齒上，無繞組包裹，易于散熱，可以避免因?yàn)闇囟冗^高而使永磁體發(fā)生退磁。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)與現(xiàn)有次級(jí)永磁直線電機(jī)的反電勢(shì)比較圖。
[0017]圖3為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的三相反電勢(shì)圖。
[0018]圖4為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的自感與互感對(duì)比圖。
[0019]附圖標(biāo)記說明如下:
[0020]1-初級(jí)，2-勵(lì)磁齒，3-電樞齒，4-永磁體，5-次級(jí)，6_扇形結(jié)構(gòu)，7_電樞繞組，【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明所述次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)，包括初級(jí)1、次級(jí)5，初級(jí)I和次級(jí)5之間存在氣隙；初級(jí)I的長(zhǎng)度小于次級(jí)5的長(zhǎng)度。初級(jí)I上交替分布有多個(gè)電樞齒3和勵(lì)磁齒2，每個(gè)電樞齒3上均繞有一套電樞繞組7，電樞繞組7采用集中繞組的方式。每個(gè)勵(lì)磁齒2的頂面貼裝有永磁體4，電樞齒3的高度等于勵(lì)磁齒2的高度加上永磁體4的高度，永磁體4的寬度等于勵(lì)磁齒2的寬度。多個(gè)永磁體4的充磁方向呈N-S、S-N交替排列，充磁方向均為平行于電樞齒3的中心軸線；次級(jí)5由多個(gè)獨(dú)立的、導(dǎo)磁材料制成的扇形結(jié)構(gòu)6構(gòu)成，多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)6之間留有空隙、且等間距分布。次級(jí)5上既沒有繞組、永磁體4，次級(jí)5做直線運(yùn)動(dòng)。
[0023]初級(jí)I與次級(jí)5的極距比滿足:τ s/ τ p=l 土 1/m,
[0024]其中τ s為初級(jí)極距，τ ρ為次級(jí)極距，m=nN, N為所述次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的相數(shù)，η為正整數(shù)1，2，3，4，……;“± ”的選取以及m值的選取規(guī)則是要保證最終得到的電機(jī)的反電勢(shì)波形為相位正確的正弦波。
[0025]所述電樞繞組7的磁通路徑大部分經(jīng)過勵(lì)磁齒2和次級(jí)5的一塊扇形鐵塊來形成回路，而不與相鄰的其他相電樞繞組7的磁鏈形成交鏈，實(shí)現(xiàn)了電樞繞組7的空間物理隔離，使得電機(jī)的各相繞組相互獨(dú)立，各相之間磁路的獨(dú)立性得到了增強(qiáng)，從根本上避免了相間短路故障的發(fā)生。電樞齒3的高度等于勵(lì)磁齒2的高度加上永磁體4的高度，從而有利于為電樞磁通構(gòu)造回路，使相間的獨(dú)立增強(qiáng)，相與相之間的磁鏈幾乎不發(fā)生交鏈，從而使得電機(jī)有較好的容錯(cuò)性能。
[0026]圖2所示為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)與現(xiàn)有次級(jí)永磁直線電機(jī)的反電勢(shì)比較圖，本發(fā)明所述的永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的初級(jí)I的極距和次級(jí)5的極距之比為7:6，圖2表明，該極距之比使得本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的反電勢(shì)更符合正弦曲線，而且幅值有所增大。
[0027]圖3所示為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的三相反電勢(shì)圖，圖3表明，本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的三相反電勢(shì)較為對(duì)稱。即本發(fā)明在不需要增加輔助齒的情況下，大大削弱了直線電機(jī)的邊端效應(yīng)。
[0028]圖4為本發(fā)明所述永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的電感，互感與自感的比值為6.4%，與現(xiàn)有次級(jí)永磁直線電機(jī)相比，互感與自感的比值減小了。說明本發(fā)明所述的永磁直線容錯(cuò)電機(jī)具有較好的相間獨(dú)立性，容錯(cuò)性能顯著提高。
[0029]本發(fā)明沒有使用斜極，沒有增加輔助齒，僅僅改變了次級(jí)5的結(jié)構(gòu)，使次級(jí)5變成由一塊塊扇形鐵塊組成的模塊化的結(jié)構(gòu)，就使得反電勢(shì)更符合正弦曲線，反電勢(shì)幅值增加，削弱了邊端效應(yīng)，使得三相反電勢(shì)更加對(duì)稱，并且具有一定的容錯(cuò)性能。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)就是在該電機(jī)應(yīng)用到直線驅(qū)動(dòng)的軌道交通上時(shí)，能夠有效的減小電機(jī)系統(tǒng)整體的高度，減小隧道的高度，節(jié)約成本，經(jīng)濟(jì)可行。
[0030]本所述實(shí)施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，但發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)，包括初級(jí)(I)和次級(jí)(5)，初級(jí)(I)和次級(jí)(5)之間存在氣隙；初級(jí)(I)的長(zhǎng)度小于次級(jí)(5)的長(zhǎng)度，其特征在于，初級(jí)(I)上交替分布有多個(gè)電樞齒(3 )和勵(lì)磁齒(2 )，每個(gè)電樞齒(3 )上均繞有一套電樞繞組(7 )，每個(gè)勵(lì)磁齒(2)的頂面貼裝有永磁體(4)，電樞齒(3)的高度等于勵(lì)磁齒(2)的高度加上永磁體(4)的高度，多個(gè)永磁體(4)的充磁方向呈N-S、S-N交替排列，充磁方向均為平行于電樞齒(3)的中心軸線；次級(jí)(5)由多個(gè)獨(dú)立的、導(dǎo)磁材料制成的扇形結(jié)構(gòu)(6)構(gòu)成； 初級(jí)(I)與次級(jí)(5)的極距比滿足:τ s/ τ p=l±l/m, 其中ts為初級(jí)極距，τρ為次級(jí)極距，m=nN，N為所述次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)的相數(shù)，η為正整數(shù)1，2，3，4，……;“± ”的選取以及m值的選取規(guī)則是要保證最終得到的電機(jī)的反電勢(shì)波形為相位正確的正弦波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)，其特征在于，所述永磁體(4)的寬度等于勵(lì)磁齒(2)的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的次級(jí)模塊化各極獨(dú)立式永磁直線容錯(cuò)電機(jī)，其特征在于，多個(gè)扇形結(jié)構(gòu)(6)之間留有空隙、且等間距分布。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK103647431SQ201310690771
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】趙文祥, 房卓婭, 吉敬華, 劉國(guó)海, 張新華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)