內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型永磁磁通切換直線電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型圓筒永磁磁通切換直線電機(jī)，包括初級(jí)、次級(jí)、初次級(jí)間氣隙及轉(zhuǎn)軸。所述初級(jí)包括：表貼轉(zhuǎn)軸設(shè)置的襯套，表貼襯套設(shè)置的輔助永磁體，永磁體中間填充材料，表貼輔助永磁體設(shè)置的初級(jí)鐵芯；初級(jí)鐵芯由類U型初級(jí)鐵芯組件組成，初級(jí)鐵芯組件間設(shè)置有軸向充磁永磁體，軸向充磁永磁體沿軸向N、S極交替排列；與初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體和輔助永磁體極性相同。次級(jí)設(shè)置在初級(jí)外，由間隔相等環(huán)形齒和槽組成，初級(jí)鐵芯槽內(nèi)填充有集中式繞組，次級(jí)鐵芯上無(wú)繞組。本發(fā)明采用內(nèi)電樞結(jié)構(gòu)，漏磁少，無(wú)需隔磁防護(hù)，附加輔助永磁體，氣隙磁密高、推力密度高，可廣泛應(yīng)用于海浪發(fā)電、電梯牽引等領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型永磁磁通切換直線電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圓筒型直線電機(jī)，特別是涉及一種內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型永磁磁通切換直線電機(jī)。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，不僅省略了中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而且降低了系統(tǒng)損耗，非常適用于直線直驅(qū)式系統(tǒng)。
[0004]圓筒形直線電機(jī)為封閉的圓筒形機(jī)械結(jié)構(gòu)，由于電機(jī)鐵心是閉合的，沒(méi)有橫向開斷，因此不存在橫向邊緣效應(yīng)，電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)沿圓周均勻連續(xù)分布，推進(jìn)力密度高。圓筒形直線電機(jī)內(nèi)定子槽為環(huán)形，電機(jī)繞組為同心繞組，沒(méi)有端部繞組，繞組利用率高，運(yùn)行時(shí)銅耗低，有利于提高電機(jī)效率。此外，由于圓筒形直線電機(jī)為封閉結(jié)構(gòu)，電機(jī)內(nèi)定動(dòng)子之間的法向磁拉力相互抵消，當(dāng)電樞繞組通入電流時(shí)，定子磁場(chǎng)和動(dòng)子磁場(chǎng)通過(guò)相互作用產(chǎn)生軸向電磁推力，實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。現(xiàn)有技術(shù)圓筒型永磁磁通切換直線電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0005]常用的直線電動(dòng)機(jī)主要有直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和直線同步電動(dòng)機(jī)。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的次級(jí)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但其功率因數(shù)和效率較低；直線同步電機(jī)則具有高效率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，但由于其繞組和永磁體分別位于初級(jí)和次級(jí)，使得電機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，增加成本。圓筒形永磁直線電機(jī)制造成本低，運(yùn)行可靠性高，具有在各種惡劣條件下運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，維護(hù)成本低。在圓筒型磁通切換直線電機(jī)中，采用內(nèi)電樞結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸表貼輔助永磁體，可以提高推力密度，適用于推力要求高的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的內(nèi)容在于提供一種漏磁小、推力密度的內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型圓筒永磁磁通切換直線電機(jī)。
[0008]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
一種內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型圓筒永磁磁通切換直線電機(jī)，包括初級(jí)⑴、次級(jí)(3 )、初次級(jí)間氣隙及轉(zhuǎn)軸(4)，所述初級(jí)包括初級(jí)鐵芯，初級(jí)鐵芯包括帶U型槽的初級(jí)鐵心組件(1.4)和間隔式設(shè)于初級(jí)鐵芯組件間的軸向充磁永磁體(1.5)，軸向充磁永磁體沿軸向N、S極交替排列；初級(jí)鐵芯的U型槽內(nèi)填充有集中式繞組(2);次級(jí)包括等間隔的環(huán)形槽(3.1)和環(huán)形齒(3.2),所述初級(jí)還包括表貼于轉(zhuǎn)軸(4)外表面的導(dǎo)磁襯套(1.1)，表貼于導(dǎo)磁襯套外表面設(shè)置的輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)，輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)相間排列，帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件(1.4)表貼于輔助永磁體(1.2)的外表面設(shè)置，次級(jí)(3)設(shè)置在初級(jí)(1)外圈。
[0009]帶U型槽的鐵芯組件中間的軸向充磁永磁體(1.5)結(jié)構(gòu)為圓餅狀，內(nèi)、外徑與鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件及其內(nèi)表面表貼的軸向充磁永磁體(1.5)和輔助永磁體(1.2)極性相同。
[0010]表貼于導(dǎo)磁襯套(1.1)設(shè)置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁，為圓筒狀，沿軸向N極、S極交替排列；軸向充磁永磁體(1.5)結(jié)構(gòu)為圓餅狀，其內(nèi)、外徑與帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁輔助永磁體(1.2)極性相同。
[0011]表貼導(dǎo)磁襯套設(shè)置的輔助永磁體(1.2)，其充磁方向與轉(zhuǎn)軸4成30°?150°角；輔助永磁體(1.2)的軸向截面為平行四邊形，其兩個(gè)短邊分別于帶U型槽的初級(jí)鐵芯(1.4)內(nèi)表面和導(dǎo)磁襯套外(1.1)表面相接觸，其兩個(gè)長(zhǎng)邊與充磁方向相互垂直；帶U型槽的初級(jí)鐵心組件(1.4)內(nèi)表面相鄰放置的兩個(gè)輔助永磁體(1.2)組成V型，充磁方向相對(duì)，相鄰兩個(gè)初級(jí)槽內(nèi)表面下放置的兩組永磁體充磁方向相背,相鄰四塊永磁體組成一組W型永磁體，各輔助永磁體的間隔區(qū)域?yàn)橛来朋w填充材料(1.3)。
[0012]表貼導(dǎo)磁襯套設(shè)置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁，為圓筒狀，沿軸向N極、S極交替排列；所述軸向充磁永磁體(1.5)軸向截面為凸型，外徑與鐵芯組件外徑相同，內(nèi)徑與導(dǎo)磁襯套(1.1)外徑相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同；輔助永磁體(1.2)與軸向充磁永磁體(1.5)表貼在襯套外表面沿軸向交替緊密排列。
[0013]所述導(dǎo)磁襯套，其材料采用導(dǎo)磁材料。
[0014]所述輔助永磁體(1.2)的軸向長(zhǎng)度大于初級(jí)U型槽槽寬，輔助永磁體(1.2)沿導(dǎo)磁襯套(1.1)軸向排列，相鄰輻助永磁體中間有空隙。
[0015]空隙內(nèi)填充輕質(zhì)非導(dǎo)磁材料，如玻璃鋼。
[0016]所述導(dǎo)磁襯套(1.1)，其材料采用非導(dǎo)磁材料，具體為銅、鋁或不銹鋼。
[0017]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明與現(xiàn)有圓筒直線電機(jī)相比，主要技術(shù)特點(diǎn)是:
采用內(nèi)電樞結(jié)構(gòu)、由軸向充磁永磁體和沿徑向充磁輔助永磁體的合理配置，使電機(jī)的漏磁較少，氣隙磁密大幅提高、功率密度較高，在體積相同的條件下，與傳統(tǒng)的外電樞圓筒型磁通切換永磁直線電機(jī)相比，功率密度(平均推力/永磁體體積)提高了 50%以上。
[0018]永磁體和初級(jí)位于內(nèi)部，初級(jí)槽口向外，便于繞組的填充與連接，簡(jiǎn)化了電機(jī)加工工藝
本發(fā)明中，次級(jí)位于外部，具有磁防護(hù)功能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)圓筒型永磁磁通切換直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一磁路示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明實(shí)施例三結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6是本發(fā)明實(shí)施例四結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中，1-初級(jí)，2-繞組，3-次級(jí)，1.1-導(dǎo)磁襯套，1.2_輔助永磁體，1.3_填充材料，1.4-帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件，1.5-軸向充磁永磁體，3.1-次級(jí)環(huán)形槽，3.2-次級(jí)環(huán)形齒，4_轉(zhuǎn)軸。
[0026]

【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例一
下面僅以圖二所示的三相6/7結(jié)構(gòu)內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型圓筒永磁磁通切換直線電機(jī)為例，詳細(xì)闡述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0028]實(shí)施例一:
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型圓筒永磁磁通切換直線電機(jī)，包括初級(jí)(1)、次級(jí)(3 )、初次級(jí)間氣隙及轉(zhuǎn)軸(4 )。
[0029]初級(jí)包括:表貼轉(zhuǎn)軸設(shè)置的導(dǎo)磁襯套(1.1)，表貼導(dǎo)磁襯套設(shè)置的徑向充磁的輔助永磁體(1.2)，永磁體中間填充玻璃鋼等填充材料(1.3)，表貼徑向充磁的輔助永磁體設(shè)置的初級(jí)鐵芯；初級(jí)鐵芯由初級(jí)鐵芯組件(1.4)組成，初級(jí)鐵芯組件間設(shè)置有軸向充磁永磁(1.5 )，軸向充磁永磁體N、S極交替排列與初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5 )和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同，其軸向長(zhǎng)度略大于初級(jí)槽寬，輔助永磁體(1.2)沿導(dǎo)磁襯套軸向排列，相鄰永磁體之間有空隙。次級(jí)設(shè)置在初級(jí)外，由間隔相等環(huán)形齒(3.2)和槽(3.1)組成，初級(jí)鐵芯槽內(nèi)填充有集中式繞組(2)，次級(jí)鐵芯上無(wú)繞組。初級(jí)(1)、次級(jí)
(2)級(jí)都是圓柱形，初級(jí)設(shè)置在內(nèi)圈，次級(jí)設(shè)置在外圈，即初級(jí)外徑小于次級(jí)內(nèi)徑。初級(jí)軸向有效長(zhǎng)度可以大于次級(jí)軸向有效長(zhǎng)度，也可以小于次級(jí)軸向有效長(zhǎng)度。
[0030]軸向充磁永磁體(1.5)沿電機(jī)軸向充磁，為圓環(huán)狀，N極、S極交替排列。初級(jí)鐵芯由軸向充磁永磁體(1.5)和緊貼在永磁體兩側(cè)的初級(jí)鐵芯組件(1.4)的邊構(gòu)成，初級(jí)齒槽內(nèi)填充餅狀集中式電樞繞組(2)，繞組為單層單極性，每槽填充一層繞組，按ABCABC極性順序連接。所述的徑向充磁輔助永磁體(1.2)沿圓周半徑方向充磁，為圓筒狀，N極、S極交替排列，與初級(jí)鐵芯組件(1.4)接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)的極性相同。初級(jí)鐵芯組件之間設(shè)置的軸向充磁永磁體(1.5)和初級(jí)鐵芯組件(1.4)交替排列，軸向充磁永磁體(1.5)的數(shù)量與徑向充磁的輔助永磁體(1.2)的數(shù)量多一塊，徑向充磁的輔助永磁體(1.2)的數(shù)量與初級(jí)槽數(shù)相同。
[0031]圖3為該電機(jī)的磁路不意圖，軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁輔助永磁體(1.2)磁場(chǎng)疊加，磁鏈都穿過(guò)繞組(2)與次級(jí)鐵芯閉合，達(dá)到增磁的狀態(tài)，氣隙中磁密增加。圖中虛線表示永磁體的磁力線。
[0032]初級(jí)鐵芯(1.4)為U型圓柱結(jié)構(gòu)，相鄰兩U型鐵芯之間為永磁體(1.5)，U型鐵芯由硅鋼片沿軸向疊制而成。
[0033]次級(jí)為柱形齒槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體，采用鋼次級(jí)或者混有導(dǎo)磁性較好的合金。次級(jí)齒的寬度與初級(jí)齒的寬度相同。或略微不等。次級(jí)齒軸向截面可以為倒梯形，也可為矩形。次級(jí)上無(wú)繞組，由鑄鐵整體加工而成。轉(zhuǎn)軸上表貼的襯套為導(dǎo)磁材料。徑向充磁永磁體間的間隙可填充輕質(zhì)非導(dǎo)磁材料，如玻璃鋼等，以增加電機(jī)強(qiáng)度。
[0034]實(shí)施例二
如圖4所示，實(shí)施例二與實(shí)施例一的區(qū)別在于，轉(zhuǎn)軸襯套(1.1)為非導(dǎo)磁材料，沿轉(zhuǎn)軸襯套設(shè)置的輔助永磁體(1.2)的數(shù)量為實(shí)施例一中徑向充磁的輔助永磁體的數(shù)量的兩倍，且充磁方向有所改變。在本實(shí)施例中，所有的輔助永磁體(1.2)的充磁方向都是與轉(zhuǎn)軸成一定角度的(30° -150° )，使得在一定的體積內(nèi)可以放置更多的永磁體。輔助永磁體(1.2)的軸向截面為平行四邊形，其兩個(gè)短邊分別于初級(jí)內(nèi)表面和轉(zhuǎn)軸襯套外表面相接觸，其兩個(gè)長(zhǎng)邊與充磁方向相互垂直。每個(gè)初級(jí)槽內(nèi)表面下放置的兩個(gè)永磁體組成V型，充磁方向相對(duì)，相鄰兩個(gè)初級(jí)槽內(nèi)表面下放置的兩組永磁體充磁方向相背，四塊永磁體組成一組W型永磁體。W型永磁體之間為鐵芯。與初級(jí)鐵芯組件及其內(nèi)表面下的鐵芯相接觸的永磁體極性相同。使得每組V型永磁體產(chǎn)生的磁通都向中間的鐵芯聚磁，增大了永磁體產(chǎn)生的磁通與磁勢(shì)。
[0035]實(shí)施例三
如圖5所示，實(shí)施例三與實(shí)施例一的區(qū)別在于，轉(zhuǎn)軸襯套(1.1)為非導(dǎo)磁材料，軸向充磁永磁體(1.5)軸向截面為凸型，輔助永磁體(1.2)間不存在間隙。實(shí)施例三中，表貼襯套設(shè)置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁，為圓筒狀，沿軸向N極、S極交替排列；類U型鐵芯組件中間的永磁體軸向截面為凸型，外徑與類U型鐵芯組件外徑相同，內(nèi)徑與襯套外徑相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同；徑向充磁的輔助永磁體(1.2)與軸向充磁永磁體(1.5)表貼在襯套外表面沿軸向交替緊密排列。
[0036]實(shí)施例四
如圖6所示，實(shí)施例四與實(shí)施例一的區(qū)別在于，實(shí)施例一采用單層單極性繞組，本實(shí)施例采用雙層雙極性繞組。本實(shí)施例中，初級(jí)每槽內(nèi)填充雙層繞組，按照AXBYCZ極性順序連接。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)電樞磁場(chǎng)增強(qiáng)型圓筒永磁磁通切換直線電機(jī),包括初級(jí)(I )、次級(jí)(3)、初次級(jí)間氣隙及轉(zhuǎn)軸(4)，所述初級(jí)包括初級(jí)鐵芯，初級(jí)鐵芯包括帶U型槽的初級(jí)鐵心組件(1.4)和間隔式設(shè)于初級(jí)鐵芯組件間的軸向充磁永磁體(1.5)，軸向充磁永磁體沿軸向N、S極交替排列；初級(jí)鐵芯的U型槽內(nèi)填充有集中式繞組(2);次級(jí)包括等間隔的環(huán)形槽(3.1)和環(huán)形齒(3.2)，其特征在于:所述初級(jí)還包括表貼于轉(zhuǎn)軸(4)外表面的導(dǎo)磁襯套(1.1)，表貼于導(dǎo)磁襯套外表面設(shè)置的輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)，輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)相間排列，帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件(1.4)表貼于輔助永磁體(1.2)的外表面設(shè)置，次級(jí)(3)設(shè)置在初級(jí)(I)外圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:帶U型槽的鐵芯組件中間的軸向充磁永磁體(1.5)結(jié)構(gòu)為圓餅狀，內(nèi)、外徑與鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件及其內(nèi)表面表貼的軸向充磁永磁體(1.5)和輔助永磁體(1.2)極性相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直線電機(jī)，其特征在于:表貼于導(dǎo)磁襯套(1.1)設(shè)置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁,為圓筒狀,沿軸向N極、S極交替排列；軸向充磁永磁體(1.5 )結(jié)構(gòu)為圓餅狀，其內(nèi)、外徑與帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁輔助永磁體(1.2)極性相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:表貼導(dǎo)磁襯套設(shè)置的輔助永磁體(1.2)，其充磁方向與轉(zhuǎn)軸4成30°?150°角；輔助永磁體(1.2)的軸向截面為平行四邊形，其兩個(gè)短邊分別于帶U型槽的初級(jí)鐵芯(1.4)內(nèi)表面和導(dǎo)磁襯套外(1.1)表面相接觸，其兩個(gè)長(zhǎng)邊與充磁方向相互垂直；帶U型槽的初級(jí)鐵心組件(1.4)內(nèi)表面相鄰放置的兩個(gè)輔助永磁體(1.2)組成V型，充磁方向相對(duì)，相鄰兩個(gè)初級(jí)槽內(nèi)表面下放置的兩組永磁體充磁方向相背，相鄰四塊永磁體組成一組W型永磁體，各輔助永磁體的間隔區(qū)域?yàn)橛来朋w填充材料(1.3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于:表貼導(dǎo)磁襯套設(shè)置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁,為圓筒狀,沿軸向N極、S極交替排列；所述軸向充磁永磁體(1.5)軸向截面為凸型，外徑與鐵芯組件外徑相同，內(nèi)徑與導(dǎo)磁襯套(1.1)外徑相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與初級(jí)鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同；輔助永磁體(1.2)與軸向充磁永磁體(1.5)表貼在襯套外表面沿軸向交替緊密排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述導(dǎo)磁襯套，其材料采用導(dǎo)磁材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述輔助永磁體(1.2)的軸向長(zhǎng)度大于初級(jí)U型槽槽寬，輔助永磁體(1.2)沿導(dǎo)磁襯套(1.1)軸向排列，相鄰輻助永磁體中間有空隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述直線電機(jī)，其特征在于:空隙內(nèi)填充輕質(zhì)非導(dǎo)磁材料，如玻璃鋼。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述導(dǎo)磁襯套(1.1)，其材料采用非導(dǎo)磁材料，具體為銅、鋁或不銹鋼。
【文檔編號(hào)】H02K41/03GK104319976SQ201410656293
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】譚強(qiáng), 黃旭珍, 王慶龍, 周波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)