本發(fā)明涉及一種磁場調(diào)制式直線電機(jī)，尤其涉及一種橫向磁通磁場調(diào)制式直線電機(jī)。

背景技術(shù)：

直線直驅(qū)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)省去了復(fù)雜的機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，響應(yīng)速度快和控制精度高，在航空、航天等軍事工業(yè)及民用工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的需求和應(yīng)用。而作為直線直驅(qū)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的核心部件，直線電機(jī)一直以來都是直線直驅(qū)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的首選電驅(qū)動(dòng)方案，也是解決上述問題的有效手段。基于磁場調(diào)制式的直線電機(jī)以其結(jié)構(gòu)緊湊、高功率密度和高效率等優(yōu)點(diǎn)得到了迅速發(fā)展，但是其相與相之間磁場存在耦合，容錯(cuò)性能降低，為此提出一種橫向磁通磁場調(diào)制式直線電機(jī)，一方面其電樞繞組與定子齒槽在空間上互相垂直，實(shí)現(xiàn)了電負(fù)荷與磁負(fù)荷的解耦，可以在一定范圍內(nèi)通過提高磁能變化率來提高出力；另一方面各相之間相互解耦，便于獨(dú)立控制，且易于設(shè)計(jì)成多相結(jié)構(gòu)，在多相運(yùn)行時(shí)即使缺少一相也能正常工作，容錯(cuò)性能好，提高了電機(jī)的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明針對磁場調(diào)制式電機(jī)研究現(xiàn)狀結(jié)合橫向磁通電機(jī)提出一種橫向磁通磁場調(diào)制式直線電機(jī)，包括：初級(jí)和次級(jí)；其中，所述次級(jí)包括次級(jí)鐵心和永磁體，兩個(gè)所述次級(jí)鐵心呈“c”型形狀、鏡像設(shè)置，所述永磁體均勻分布在所述次級(jí)鐵心的內(nèi)側(cè)三面，所述初級(jí)與所述次級(jí)之間存在三面氣隙；所述初級(jí)包括兩個(gè)相同的初級(jí)鐵心以及連接兩個(gè)初級(jí)鐵心的連接梁，所述初級(jí)鐵心的上面、下面以及和連接梁反向的面均設(shè)有等距分布的、相同的多個(gè)凸極齒；所述凸極齒靠近氣隙端開設(shè)有等距的虛齒，所述虛齒的齒寬與兩個(gè)虛齒之間的虛槽寬相等；所述凸極齒上繞有電樞繞組，三相初級(jí)上分別繞有三相電樞繞組；所述虛齒的齒數(shù)等于所述永磁體的極對數(shù)加上所述電樞繞組的極對數(shù)；其中，相鄰的電樞繞組首尾相連，且上面的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相反，和連接梁反向的面上的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相同，三個(gè)面上的凸極齒的電樞繞組相互串聯(lián)形成一相繞組。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步地，所述電機(jī)內(nèi)的磁場磁力線分別從次級(jí)上下兩部分的永磁體n極出發(fā)經(jīng)過次級(jí)鐵心，到達(dá)次級(jí)中間的永磁體s極，通過次級(jí)中間氣隙進(jìn)入初級(jí)中間凸極齒的虛齒經(jīng)過初級(jí)中間凸極齒，穿過初級(jí)鐵心分別進(jìn)入初級(jí)上下凸極齒、虛齒、上下氣隙回到起始的永磁體s極，形成兩個(gè)主磁通回路a和b，其磁力線所在平面與電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相垂直，電機(jī)主磁場為橫向磁場。

可選地，所述永磁體充磁方式為縱向—法向—縱向充磁。

可選地，所述永磁體充磁方式為halbach充磁。

優(yōu)選地，所述凸極齒的寬度大于等于所述凸極齒間的槽距。

優(yōu)選地，所述凸極齒的高度小于所述初級(jí)鐵心的高度。

優(yōu)選地，所述初級(jí)鐵心三面與“c”型形狀的次級(jí)鐵心三面有等距離氣隙。

優(yōu)選地，所述連接梁為不導(dǎo)磁材料。

優(yōu)選地，所述次級(jí)鐵心和初級(jí)鐵心皆用硅鋼片疊制而成。

優(yōu)選地，所述永磁體采用釹鐵硼材質(zhì)的材料。

本發(fā)明的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單，次級(jí)上不需要繞有電樞繞組，制作工藝簡單；初級(jí)上均勻獨(dú)立分布的凸極齒、虛齒與外次級(jí)相互結(jié)合作用，對稱性的結(jié)構(gòu)，可以減小定位力，初級(jí)鐵心采用模塊化設(shè)計(jì)，三相電樞繞組之間實(shí)現(xiàn)了電磁解耦，容錯(cuò)性能提升；模塊化的設(shè)計(jì)使得該電機(jī)便于采用多相結(jié)構(gòu)。而且，次級(jí)三面都可以得到利用；電機(jī)空間利用率提高，三相獨(dú)立，每相皆可以單獨(dú)控制，因此運(yùn)動(dòng)方向的調(diào)節(jié)既簡單又高效；虛齒的加入對于調(diào)節(jié)磁場回路起到很大促進(jìn)作用，使得有用的諧波得到很大程度的提高。同時(shí)兼具有高可靠性、高力密度、高效率的優(yōu)點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單易于加工。本發(fā)明可用于對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行有較高要求的領(lǐng)域，特別是對系統(tǒng)體積及連續(xù)運(yùn)行有嚴(yán)格要求的航空航天、軍事裝備等應(yīng)用場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的橫向磁通磁場調(diào)制式直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的次級(jí)示意圖；

圖3為本發(fā)明的初級(jí)示意圖；

圖4為本發(fā)明的磁力線走向示意圖；

圖5a～5c為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖一；

圖6a～6c為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖二；

在附圖中，各標(biāo)號(hào)所表示的部件名稱列表如下：

1——次級(jí)鐵心；2——永磁體；3——虛齒；4——凸極齒；5——電樞繞組；6——連接梁；7——初級(jí)鐵心。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

請先參照圖1所示，其為本發(fā)明的橫向磁通磁場調(diào)制式直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述直線電機(jī)包括：初級(jí)和次級(jí)；本發(fā)明是在橫向磁通的基礎(chǔ)上結(jié)合磁場調(diào)制所提出的一種磁場調(diào)制式電機(jī)，請?jiān)俳Y(jié)合參照圖2和圖3所示，圖2為本發(fā)明的次級(jí)示意圖，圖3為本發(fā)明的初級(jí)示意圖；所述次級(jí)包括次級(jí)鐵心1和永磁體2，兩個(gè)所述次級(jí)鐵心1呈“c”型形狀、鏡像設(shè)置，所述永磁體2均勻分布在所述次級(jí)鐵心1的內(nèi)側(cè)三面，所述初級(jí)與所述次級(jí)之間存在三面氣隙；所述初級(jí)包括兩個(gè)相同的初級(jí)鐵心7以及連接兩個(gè)初級(jí)鐵心7的連接梁6，所述初級(jí)鐵心7的上面、下面以及和連接梁反向的面均設(shè)有等距分布的、相同的凸極齒4，且三個(gè)面上的所述凸極齒4的排列方式相同，凸極齒4的高度小于初級(jí)鐵心7的高度，由此可保證橫向主磁通最大漏磁通最小；凸極齒4的寬度大于等于凸極齒間的槽距，凸極齒4靠近氣隙端開有等距的虛齒3，所述虛齒3的齒寬與兩個(gè)虛齒之間的槽寬相等；凸極齒上繞有電樞繞組5；三相初級(jí)上分別繞有三相電樞繞組；其中，相鄰的電樞繞組首尾相連，且上面的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相反，和連接梁反向的面上的凸極齒的電樞繞組繞制方向與下面的凸極齒的電樞繞組繞制方向相同，三個(gè)面上的凸極齒的電樞繞組相互串聯(lián)形成一相繞組。

具體地，初級(jí)鐵心三面與“c”型形狀的次級(jí)鐵心三面有等距離氣隙；所述連接梁為不導(dǎo)磁材料；虛齒3的齒數(shù)ns等于永磁體2極對數(shù)nr加上電樞繞組5極對數(shù)np。

優(yōu)選地，次級(jí)鐵心用硅鋼片疊制而成，永磁體則采用釹鐵硼材質(zhì)的材料。

請參照圖4所示，其為本發(fā)明的磁力線走向示意圖；電機(jī)內(nèi)的磁場磁力線分別從次級(jí)上下兩部分的永磁體n極出發(fā)經(jīng)過次級(jí)鐵心，到達(dá)次級(jí)中間的永磁體s極，通過次級(jí)中間氣隙進(jìn)入初級(jí)中間凸極齒的虛齒經(jīng)過初級(jí)中間凸極齒，穿過初級(jí)鐵心分別進(jìn)入初級(jí)上下凸極齒、虛齒、上下氣隙回到起始的永磁體s極，形成兩個(gè)主磁通回路a和b，其磁力線所在平面與電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相垂直，即電機(jī)主磁場為橫向磁場。

具體地，圖5a～5c為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖一，圖6a～6c為本發(fā)明的永磁體充磁方式示意圖二；其中，圖5a為電機(jī)上部分永磁體縱向—法向—縱向充磁方式示意圖，圖5b為電機(jī)中間部分逆時(shí)針向上旋轉(zhuǎn)永磁體縱向—法向—縱向充磁方式示意圖，圖5c為電機(jī)下部分永磁體縱向—法向—縱向充磁方式示意圖，圖6a為電機(jī)上部分永磁體halbach充磁方式示意圖，圖6b為電機(jī)中間部分逆時(shí)針向上旋轉(zhuǎn)永磁體halbach充磁方式示意圖，圖6c為電機(jī)下部分永磁體halbach充磁方式示意圖。

在本發(fā)明的橫向磁通磁場調(diào)制式直線電機(jī)中，初級(jí)鐵心7凸極齒4上的電樞繞組5以及次級(jí)上的永磁體2產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過虛齒3的虛槽進(jìn)入次級(jí)與初級(jí)之間的氣隙形成完整磁力線回路，對于同一個(gè)初級(jí)上的兩個(gè)初級(jí)鐵心7的凸極齒4上繞有相同的電樞繞組5形成三相電機(jī)中的一相；電樞繞組5通電之后產(chǎn)生的磁場與次級(jí)永磁體2上產(chǎn)生的磁場通過虛齒的調(diào)制之后相互作用使電機(jī)在預(yù)期的方向運(yùn)動(dòng)，通過改變電樞繞組電流可以輕易改變電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向控制簡單。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。