[发明专利]次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机，属于电机制造技术领域。

背景技术

随着工业的发展，直线电机得到广泛的应用。与传统的旋转电机驱动方式相比，采用直线电机驱动省去了把旋转运动转换为直线运动的机械齿轮，可以降低成本，较小噪声，降低系统体积，减低维护成本。在如轨道交通、高层楼宇电梯、工厂运输等长距离驱动场合，采用旋转电机驱动方式会带来驱动结构复杂、成本高、动态响应慢等缺点。因此，采用直线电机代替旋转电机这一技术手段，可以克服旋转电机在上述应用场合中的上述缺点，提高整个系统的效率。

我国是稀土永磁大国，随着电力电子和磁性材料的发展，永磁无刷电机得到迅速的发展。此类电机具有高效率、高功率密度等优点。其相应的直线结构也被广泛研究。传统的永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感应电机相比，永磁直线同步电机的推力密度高、体积小、重量轻，且具有发电制动功能。然而，由于传统的永磁电机的永磁体和电枢绕组分别安装在初级和次级，而永磁体和电枢的成本都较高，在如轨道交通、高层楼宇电梯、工厂运输等长距离中无疑导致系统的制造成本和维护成本大幅增加。

磁通切换型初级永磁电机次级结构简单，仅由导磁铁心组成，在上述长距离驱动中不仅具有永磁直线电机功率密度高，效率高，功率因数高等优点，而且具有直线感应电机和开关磁阻直线电机结构简单，成本低，易于维护等优点。但传统的单边或双边磁通切换直线电机次级轭部铁心所占的比重较大，带来材料的浪费和成本提高。

为进一步提高磁通切换电机的功率密度和降低次级的成本，本发明提出一种次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机。本发明提高了电机的输出功率，降低了次级的成本和重量，既可为长距离驱动场合提供一种功率密度高，成本低的解决方案，又可为以次级作为运动部件的驱动方式提供一种功率密度高，带载能力强的驱动方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降低制造成本，提高电机功率密度和带负载能力，降低维护成本的次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

本发明的次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机包括双边初级和次级，两者之间具有气隙。次级由导磁块组成，相邻导磁块之间的距离为次级极距τs，次级相邻导磁块间隔排列或采用连接桥相连；单边初级包括m块永磁体和m+1块U型导磁齿，或2m块永磁体和2m-1块U型导磁齿，m为电机的相数；每块永磁体夹在两个U型导磁齿之间，相邻两永磁体的充磁方向相反，集中绕组设置于U型导磁齿的槽中且套住永磁体；相邻相绕组的相对位移为λ1=(j±1／m)τs或λ1=[j±(0.5-1／m)]τs，m，j均为正整数，相邻两U型齿中心线距离为初级极距τp；双边初级与次级的相对位置相同，且其对应的永磁体充磁方向相反，其对应的电枢绕组绕线方向和电流方向相同。

当上述单边初级包括m块永磁体和m+1块U型导磁齿时，每个永磁体和两边的U型导磁齿均套着一个集中电枢绕组，每个U型导磁齿的槽中设置两相绕组；当单边初级包括2m块永磁体和2m-1块U型导磁齿时，永磁体和两边的U型导磁齿间隔套着一个集中绕组，每个U型导磁齿的槽中仅设置一相绕组；双边初级中属于同相的集中绕组相互串联或并联组成一相。

上述次级由导磁块组成或由导磁块和连接桥组成，次级可用非导磁材料填充紧固(如压铸铝等)，本发明的主要特点是次级导磁块为双边初级永磁体组成串联磁路提供了通道，从而构成了一种新型无次级轭部双边串联磁路磁通切换直线电机。由于次级上既无永磁体也无绕组，仅仅由价格较低的导磁块组成，使得本发明特别适用于如轨道交通、高层楼房电梯等长定子应用场合，可以大大降低系统的成本。同时由于动子仅由导磁块组成，导磁块之间无轭部，其重量轻，在短距离弹射系统可以提高系统的功率密度和带负载能力。

上述单边初级中相邻两永磁体交替平行充磁，双边两初级与次级的相对位置相同，且其对应的永磁体充磁方向相反。因此，双边初级对应的永磁体通过初级U型导磁齿，气隙，次级导磁块组成串联磁路，永磁体的高度和充磁方向厚度可根据需要调整。

上述次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机的初级和次级一个为固定部件，另一个为运动部件，其结构为双边平板结构或圆筒型结构，可为电动机或发电机。

上述次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机模组，包括x个所述无轭部双边磁通切换型永磁直线电机，x为正整数，x个次级无轭部双边磁通切换永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。从而增加了系统的容错能力。