[发明专利]一种初级永磁式磁悬浮直线电机

说明书

本发明公布了一种初级永磁式磁悬浮直线电机，由初级和次级组成，初级和次级之间有气隙，次级的长度大于初级的长度，所述的初级由n个电枢模块、n+1个悬浮模块和2n个隔磁磁障组成，n是正整数且n大于等于3，初级中依次放置第1悬浮模块、第1隔磁磁障、第1电枢模块、第2隔磁磁障、第2悬浮模块、第3隔磁磁障、第2电枢模块、第4隔磁磁障、第3悬浮模块，......，第n悬浮模块、第2n‑1隔磁磁障、第n电枢模块、第2n隔磁磁障、第n+1悬浮模块。本发明直线电机实现了悬浮磁场与电枢磁场的解耦，并且悬浮绕组磁场所经磁路的磁导与次级位置无关，从而使得直线电机的悬浮力控制无需知道次级位置信息，大大简化了控制系统。

技术领域

本发明属于直线电机领域，尤其是涉及一种初级永磁式磁悬浮直线电机。

背景技术

随着工业应用的发展，直线电机应用越来越广泛。在直线驱动场合，相比于旋转电机，直线电机直接将电能变成直线运动的机械能而不需要中间转换环节，结构简单且动态响应快，效率高且施工成本低。磁悬浮与直线电机结合引出一些新技术，如磁悬浮列车、生产输送线等。在直线电机的选择上，可采用直线感应电机或者永磁直线电机，直线感应电机的效率和功率因数相对较低，与直线感应电机比起来，永磁直线电机在效率、力能指标、功率因数等方面具有显著的优势。

然而传统永磁直线电机的绕组和永磁体分别放置在电机的初级和次级，在长次级应用场合中，无论是将永磁体或绕组作为次级，都将造成工程造价高、维护不便等缺点，同时，永磁磁场和电枢磁场是串联结构，永磁体存在退磁风险。初级永磁式直线电机的永磁体和绕组在动子即初级，次级仅为导磁材料制成的凸极铁芯，这样在长次级应用场合，如磁悬浮列车，既省铜又省永磁体，具有结构简单、功率密度高、易于生产和维护的优点，且无退磁危险。然而，初级永磁式直线电机的气隙磁密谐波含量丰富，如果作为磁悬浮直线电机，其悬浮力和推力的解耦控制比较困难。

在中国发明专利申请公开说明书CN105226893A中公开了一种旋转无轴承磁通切换电机，针对一般无轴承磁通切换电机悬浮力控制复杂的问题而做的优化和改进。这种电机包含第一定子、第二定子、第一转子和第二转子，第一定子、第二定子结构相同，中间通过非导磁材料层叠加相连，且两个定子的齿位置相同，轴线重合；第一定子、第二定子的定子齿内均嵌有永磁体，沿圆周方向充磁，并且圆周方向相邻永磁体的充磁方向相反；第一转子、第二转子结构相同，转子齿相互交错180°的电角度后叠加相连,轴线重合。该方法也可以移植到初级永磁式磁悬浮直线电机，不过，该结构仍然存在一些缺点，包括悬浮力控制与转矩控制存在耦合，悬浮控制需要知道转子的位置信息，3维结构较复杂以及功率密度低。

发明内容

现有技术存在初级永磁式直线电机上浮磁场与推力磁场耦合、电机结构复杂、悬浮控制需要知道次级位置信息的问题，为了克服这些不足，本发明提出一种二维结构的初级永磁式磁悬浮直线电机，通过对悬浮模块特殊设计，使得悬浮力的控制不受推力控制影响，同时与次级位置无关。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

一种初级永磁式磁悬浮直线电机，由初级和次级组成，初级和次级之间有气隙，次级的长度大于初级的长度，初级中依次放置第1悬浮模块、第1隔磁磁障、第1电枢模块、第2隔磁磁障、第2悬浮模块、第3隔磁磁障、第2电枢模块、第4隔磁磁障、第3悬浮模块，......，第n悬浮模块、第2n-1隔磁磁障、第n电枢模块、第2n隔磁磁障、第n+1悬浮模块，n是正整数且n大于等于3。

初级中的每一个电枢模块均包括2个L型电枢齿、1个C型电枢齿、3个电枢绕组槽、2个电枢磁体和2个电枢绕组；所述2个电枢磁体的充磁方向相反，其中第一L型电枢齿、第一电枢磁体、第一C型电枢齿、第二电枢磁体和第二L型电枢齿依次放置，第一电枢绕组的一端放置在第一电枢绕组槽内，另一端放置在第二电枢绕组槽内，第二电枢绕组的一端放置在第二电枢绕组槽内，另一端放置在第三电枢绕组槽内。