本發(fā)明屬于直線電機(jī)制造領(lǐng)域，具體涉及一種分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，直線電機(jī)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在直線驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，相比于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，直線電機(jī)直接將電能變成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能而不需要中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，效率高且施工成本低。

在直線電機(jī)的選擇上，最早采用的是直線感應(yīng)電機(jī)，但其效率和功率因數(shù)相對(duì)較低。與直線感應(yīng)電機(jī)比起來(lái)，永磁直線電機(jī)在效率、力能指標(biāo)、功率因數(shù)等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)直線永磁同步電機(jī)的繞組和永磁體分別放置在電機(jī)的初級(jí)和次級(jí)。在長(zhǎng)次級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合中，比如高層樓宇電梯、城市軌道交通等，無(wú)論是將永磁體或繞組作為次級(jí)，都將造成工程造價(jià)高，維護(hù)不便等缺點(diǎn)。直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)作為初級(jí)永磁式電機(jī)，吸引了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。這類電機(jī)的永磁體和繞組在動(dòng)子即初級(jí)，次級(jí)僅為導(dǎo)磁材料制成的凸極鐵心，這樣在長(zhǎng)次級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合既省銅又省永磁體，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、易于生產(chǎn)和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

提高直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)的推力(功率)密度一直是本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，尤其是在城市軌道交通、工廠運(yùn)輸、高層樓宇電梯等場(chǎng)合。文獻(xiàn)《optimizationandcomparisonofnovele-coreandc-corelinearswitchedfluxpmmachines》(ieeetransactionsonmagnetics,vol.47,no.8，w.min，j.t.chen，z.q.zhu,y.zhu,m.zhang,g.h.duan)通過(guò)采用非交疊集中式繞組得到c型鐵芯6/10、6/11、6/13、6/14極直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，并對(duì)這些電機(jī)各部分尺寸配合進(jìn)行優(yōu)化來(lái)提高直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)的推力密度。但上述這些結(jié)構(gòu)以及傳統(tǒng)的直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)都屬于每相單永磁體單線圈勵(lì)磁，對(duì)于每相永磁體兩邊的初級(jí)軛部，在永磁磁鏈分別達(dá)到正負(fù)峰值的時(shí)候，絕大部分磁鏈只經(jīng)過(guò)其中一邊初級(jí)軛部，而此時(shí)另外一邊初級(jí)軛部對(duì)磁鏈的貢獻(xiàn)很小，沒(méi)有得到充分利用。這使得對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的電機(jī)，不管是增加永磁體寬度或采用高剩磁的永磁材料，還是增加導(dǎo)磁齒的寬度或者優(yōu)化設(shè)計(jì)電機(jī)各部分尺寸配合，推力(功率)密度提高的空間都非常有限。

如何使直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈分別達(dá)到正負(fù)峰值的時(shí)候，兩邊初級(jí)軛部對(duì)永磁磁鏈的貢獻(xiàn)相同，兩邊初級(jí)軛部都得到充分利用，提高永磁磁鏈的峰值，從而進(jìn)一步提高電機(jī)推力密度是本領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)推力密度很難進(jìn)一步提高的問(wèn)題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

一種分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，所述電機(jī)是由初級(jí)和次級(jí)組成，兩者之間有氣隙；所述初級(jí)和次級(jí)都是凸極結(jié)構(gòu)；所述次級(jí)的長(zhǎng)度大于初級(jí)的長(zhǎng)度；所述次級(jí)由凸極鐵芯組成；所述初級(jí)包括n個(gè)u型鐵芯、2n個(gè)永磁體、n個(gè)導(dǎo)磁齒以及n個(gè)電樞線圈組成，2n個(gè)永磁體尺寸相同，其中，所有奇數(shù)排列的永磁體之間和所有偶數(shù)排列的永磁體之間的充磁方向相同，所有奇數(shù)排列和偶數(shù)排列的永磁體之間充磁方向相反；相鄰兩個(gè)u型鐵芯之間均設(shè)置兩個(gè)永磁體和一個(gè)導(dǎo)磁齒，導(dǎo)磁齒設(shè)置于兩個(gè)永磁體的中間，n為整數(shù)。

次級(jí)極距與初級(jí)極距的比例為6/14。

所述永磁體為電勵(lì)磁繞組。

所述u型鐵芯更換為e型鐵芯。

所述次級(jí)為圓筒型結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提出一種分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)。所述電機(jī)的主要特點(diǎn)是每個(gè)初級(jí)齒采用充磁方向相反的兩個(gè)永磁體分布勵(lì)磁，相比于傳統(tǒng)的直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，該結(jié)構(gòu)使電機(jī)在永磁磁鏈達(dá)到峰值的時(shí)候，兩邊初級(jí)軛部都得到充分利用，提高永磁磁鏈的峰值，從而進(jìn)一步提高電機(jī)推力(功率)密度；由于次級(jí)只由導(dǎo)磁鐵芯構(gòu)成，次級(jí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使得本發(fā)明特別適用于低成本、高推力密度的長(zhǎng)次級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合如軌道交通、高層樓宇電梯等。同時(shí)在要求高推力(功率)密度的短距離直線彈射應(yīng)用場(chǎng)合，本發(fā)明也可用來(lái)提高系統(tǒng)的功率密度和帶負(fù)載能力。具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、該分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)的分布勵(lì)磁方式，適用于多種結(jié)構(gòu)直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，任意勵(lì)磁方式(電勵(lì)磁或者永磁)，任意次級(jí)極數(shù)和初級(jí)極數(shù)，可為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。

3、分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)的初級(jí)為固定部件，次級(jí)為運(yùn)動(dòng)部件，其結(jié)構(gòu)可為圓筒型結(jié)構(gòu)，可為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。

4、將永磁體更換為電勵(lì)磁繞組，可為分布勵(lì)磁直線電勵(lì)磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，可為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。

5、將u型鐵芯更換成e型鐵芯，可為電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)截面示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈正峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖4是傳統(tǒng)直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈正峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖5是傳統(tǒng)直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)和相同體積相同永磁體用量相同繞組匝數(shù)的6/14極直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在不同電流下電磁推力大小的比較圖；

其中，曲線1為本發(fā)明6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在不同電流下電磁推力曲線，曲線2為6/14極傳統(tǒng)直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在不同電流下電磁推力曲線。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-初級(jí)，2-次級(jí)，3-正向充磁永磁體，4-反向充磁永磁體，5-電樞繞組。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程作進(jìn)一步說(shuō)明。

一種分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，所述電機(jī)是由初級(jí)和次級(jí)組成，兩者之間有氣隙；所述初級(jí)和次級(jí)都是凸極結(jié)構(gòu)；所述次級(jí)的長(zhǎng)度大于初級(jí)的長(zhǎng)度；所述次級(jí)由凸極鐵芯組成；所述初級(jí)包括n個(gè)u型鐵芯、2n個(gè)永磁體、n個(gè)導(dǎo)磁齒以及n個(gè)電樞線圈組成，2n個(gè)永磁體尺寸相同，其中，所有奇數(shù)排列的永磁體之間和所有偶數(shù)排列的永磁體之間的充磁方向相同，所有奇數(shù)排列和偶數(shù)排列的永磁體之間充磁方向相反；相鄰兩個(gè)u型鐵芯之間均設(shè)置兩個(gè)永磁體和一個(gè)導(dǎo)磁齒，導(dǎo)磁齒設(shè)置于兩個(gè)永磁體的中間，n為整數(shù)。

具體實(shí)施例，

以一臺(tái)6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

一種分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)，是由初級(jí)和次級(jí)組成，兩者之間有氣隙；所述初級(jí)和次級(jí)都是凸極結(jié)構(gòu)；所述次級(jí)的長(zhǎng)度大于初級(jí)的長(zhǎng)度；所述次級(jí)由凸極鐵芯組成；所述初級(jí)包括n個(gè)u型鐵芯、2n個(gè)永磁體、n個(gè)導(dǎo)磁齒以及n個(gè)電樞線圈組成，n為整數(shù)；所述n個(gè)u形鐵芯尺寸相同依次命名為u1、u2......un；所述n個(gè)導(dǎo)磁齒尺寸相同依次命名為d1、d2......dn；所述2n個(gè)永磁體尺寸相同依次命名為pm1、pm2......pm2n，所述永磁體pm1，pm3......pm(2n-1)的充磁方向相同，所述永磁體pm2，pm4......pm2n的充磁方向相同，所述永磁體pm1和pm2充磁方向相反；所述u型鐵芯u1和u2之間依次放置永磁體pm1、導(dǎo)磁齒d1和永磁體pm2；所述u型鐵芯u2和u3之間依次放置永磁體pm3、導(dǎo)磁齒d2和永磁體pm4，以此類推，所述u型鐵芯u(n-1)和un之間依次放置永磁體pm(2n-1)、導(dǎo)磁齒dn和永磁體pm2n；所述次級(jí)極距為τs，所述初級(jí)極距為τm，τs/τm＝6/14。

本發(fā)明的電機(jī)具體的工作原理如下：所述次級(jí)為固定部件，初級(jí)為運(yùn)動(dòng)部件；所述初級(jí)沿水平方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位移一個(gè)次級(jí)極距τs時(shí)，所述電樞線圈中的永磁磁鏈極性變化一次；所述導(dǎo)磁齒dn左右兩邊放置充磁方向相反的永磁體pm(2n-1)和pm2n，所述永磁體pm(2n-1)和pm2n通過(guò)所述u型鐵芯u(n-1)和un、導(dǎo)磁齒dn以及次級(jí)凸極鐵芯齒來(lái)聚集磁力線，當(dāng)所述導(dǎo)磁齒dn中心位置和所述次級(jí)任意凸極鐵芯齒中心位置沿水平方向一致時(shí)，則所述永磁磁鏈幅值達(dá)到負(fù)峰值；當(dāng)所述永磁磁鏈幅值達(dá)到負(fù)峰值后，所述初級(jí)沿水平方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)二分之一個(gè)次級(jí)極距，所述永磁磁鏈幅值達(dá)到正峰值；根據(jù)電磁感應(yīng)原理所述電樞線圈里產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；給所述電樞線圈里通入交流電流，所述交流電流與所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)具有相同的相位和頻率，則所述初級(jí)和所述次級(jí)之間產(chǎn)生沿水平方向的連續(xù)電磁推力。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)截面示意圖。所述電機(jī)屬于初級(jí)永磁型電機(jī)，繞組和永磁體都在初級(jí)上，初級(jí)包括6個(gè)u型鐵芯、12個(gè)永磁體、6個(gè)導(dǎo)磁齒以及6個(gè)電樞線圈，每?jī)蓚€(gè)u型齒中間依次夾一塊正向充磁的永磁體、一塊導(dǎo)磁齒、一塊反向充磁的永磁體，電機(jī)有6個(gè)初級(jí)齒，每個(gè)齒采用集中式繞組，由該齒的兩塊永磁體分布勵(lì)磁，屬于同一相的兩個(gè)線圈串聯(lián)成該相繞組。次級(jí)為凸極結(jié)構(gòu)，次級(jí)上既無(wú)永磁體也無(wú)繞組。

該結(jié)構(gòu)使電機(jī)在永磁磁鏈達(dá)到峰值的時(shí)候，兩邊初級(jí)軛部都得到充分利用，提高永磁磁鏈的峰值，從而進(jìn)一步提高電機(jī)推力(功率)密度。

圖2、圖3分別是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈正峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖和在永磁磁鏈負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。從圖中可以看出，兩個(gè)充磁方向相反的永磁體通過(guò)兩邊u型鐵芯、導(dǎo)磁齒以及次級(jí)凸極鐵芯齒來(lái)聚集磁力線，兩邊初級(jí)軛部通過(guò)相同數(shù)目的磁力線，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所述初級(jí)軛部利用率提高，可以通過(guò)更多的磁力線，從而提高了永磁體磁鏈峰值并有助于提高電磁推力大小。

圖4、圖5分別是傳統(tǒng)直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈正峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖和在永磁磁鏈負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。從圖中可以看出，在永磁磁鏈達(dá)到峰值的時(shí)候，絕大部分磁力線只經(jīng)過(guò)其中一邊初級(jí)軛部，而此時(shí)另外一邊初級(jí)軛部磁力線較少，沒(méi)有得到充分利用，從而使得磁力線增加有限，進(jìn)而限制電磁推力的進(jìn)一步提高。

本發(fā)明所述6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)具有如下效果：

1、兩個(gè)永磁體分布勵(lì)磁，如圖1。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)截面示意圖。每個(gè)初級(jí)齒采用充磁方向相反的兩個(gè)永磁體分布勵(lì)磁。

2、初級(jí)軛部利用率提高了，如圖2、圖3、圖4和圖5。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈正峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖4是傳統(tǒng)直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈正峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

圖5是傳統(tǒng)直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)在永磁磁鏈負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖。

比較兩個(gè)電機(jī)在永磁磁鏈正負(fù)峰值時(shí)的磁場(chǎng)分布圖，所述磁場(chǎng)分布圖可以反映初級(jí)軛部的利用程度。

輸出電磁推力密度平均值提高了，如圖6。

圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的6/14極分布勵(lì)磁直線永磁型開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)(曲線1)和相同體積相同永磁體用量相同繞組匝數(shù)的6/14極直線開(kāi)關(guān)磁鏈電機(jī)(曲線2)在不同電流下電磁推力大小的比較圖。比較兩個(gè)電機(jī)在不同電流下電磁推力的大小，所述電磁推力大小可以反映出電磁推力密度的大小。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。