[发明专利]一种T型磁通切换永磁直线电机及其模组

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的模块互补型磁通切换永磁直线电机及其构成的电机模组，具体涉及电工、电机制造技术领域。

背景技术

随着工业技术的不断发展，直线驱动系统得到了广泛应用。与传统的旋转电机驱动系统相比，直线电机驱动可以省去将旋转运动转换为直线运动的转换装置，大大减小了机械摩擦，不仅可以降低成本，而且还减小了噪声，降低了维护成本，节能又环保。特别是在城市轨道交通领域，传统的旋转电机驱动系统的稳定性差、效率低等缺点一直制约着它的发展，而采用直线电机驱动系统代替旋转电机驱动，可以很好地克服旋转电机驱动系统在城市轨道交通领域所带来的不良影响，同时提高了整个系统的效率。

近年来，随着电力电子和磁性材料的发展，永磁无刷电机得到了迅速的发展。此类电机具有效率高，功率密度高等优点，同时它还兼备了永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感应电机相比，永磁同步直线电机的力能指标高、重量轻、体积小，而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，因此不论是对长初级短次级驱动系统还是对短初级长次级驱动系统都无疑会带来系统成本的增加。

目前，双极性磁链的旋转型磁通切换永磁电机正受到人们的广泛关注，它具有较高的功率密度。永磁体和电枢绕组均放置在定子上，转子上无绕组、无电刷、无永磁体，仅仅由导磁材料构成，该类电机具有功率密度高，结构简单，易于散热，高效率，高可靠性等优点。对于其直线结构而言，就是将旋转结构沿径向剖开，旋转结构中的定子就变成了直线结构中的初级，转子就变成了次级，鉴于直线结构的次级仅由导磁材料构成，没有永磁体和绕组，因此该类直线电机特别适用于短初级长次级的场合，如轨道交通系统等。然而，传统磁通切换直线电机的端部相绕组的磁通正负半周不对称，从而引起各相反电势和电感等参数不平衡。传统模块化磁通切换直线电机没有考虑到每相绕组及结构的互补性，存在每相磁链和反电势正负半周不对称，定位力大等缺点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提出一种T型的模块互补型磁通切换永磁直线电机及其构成的电机模组，该电机具有对称互补性，电机的磁链波形和反电势波形对称、正弦，而且互补的结构大大降低了电机的定位力，增强了电机运行的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种模块互补型磁通切换永磁直线电机，包括初级和次级，所述初级和次级均为凸极结构，所述初级和次级之间存在气隙；所述初级包括初级铁芯、永磁体、非导磁块、电枢绕组，所述初级铁芯形成导磁齿，所述永磁体和其两侧的导磁齿构成一个T型单元，所述初级包括N*m个T型单元，N为每相绕组中的线圈个数，m为电机的相数；每i个所述T型单元构成一个模块，相邻两个所述模块之间填充所述非导磁块；所述电枢绕组安装于齿槽内，一个电枢绕组的线圈跨过一块永磁体和两块初级铁芯形成集中绕组结构；当所述模块上的相邻两个异相之间的相对位移为1/(2m)*τ_s时，两个同相的T型单元之间的相对位移为λ₁＝(k±1/2)*τ_s，相邻两个模块上异相的T型单元之间的相对位移为λ₂＝(s+1/(2m))*τ_s，τ_s为次级极距，k，s均为正整数；当所述模块上的相邻两个异相之间的相对位移为(1/m)*τ_s时，两个同相的T型单元之间的相对位移为λ₁＝k*τ_s，相邻两个模块上异相的T型单元之间的相对位移为λ₂＝(s+1/m)*τ_s。为此，本发明的永磁体设计灵活、磁链波形和反电动势波形对称正弦、定位力较小、气隙的磁通密度大、输出推力较强、功率密度较高、模块化设计、短初级长次级应用场合电机成本低等优点。本发明特别适用于短初级长次级结构直线电机应用场合，例如城市轨道交通系统、工厂运输设备和电梯等直线驱动场合。