[发明专利]一种交直流直线永磁电机

说明书

本发明公开了一种交直流直线永磁电机，包括定子、动子和轨道支撑轮基体以及外接控制器电源叁大部份组成，所述定子硅钢磁芯有线槽和相同的若干线圈绕组，磁芯上有凹槽，凹槽中安装定子永磁体，凹槽有封闭口和开口二种类型，相互叠压成定子栅栏状磁芯，所述定子线圈单元，由二个磁芯中凹槽安装的定子永磁体和两个相同的线圈组成，若干相同的线圈单元组成三相定子线圈；所述动子包括动子硅钢磁芯，闭合鼠笼和永磁体及动子结构基体，控制器输出三相具有相同的正反正弦波或修正波脉冲半波直流电源，本发明是绿色环保，节能安全，易于智能化，使用成本低，可在无空气环境中长期稳定工作，其广泛用于军民各种动力设备，具有很高的社会和经济价值。

技术领域

本发明涉及将电磁能转换为直线运动机械能，没有中间转换机构的传动装置的一种交直流直线永磁电机，具体涉及一种交流永磁电机，属于特种电机技术领域。

背景技术

目前，市面上常见的大功率直线电机的定子初级线圈通电运作会产生大量热量，是浪费和消耗电能的主要源头，经常会发生过热烧毁绕组的不安全事故，因此需继续进一步研究降温节电的方案，确保直线电机更加高效安全，针对上述问题，依据已经批准的专利号ZL201720376551.7交流永磁电机以及另一项专利一种交流永磁电机制造的方法，创新设计出一种新型特种电机装置，一种交直流直线永磁电机，能够显著节能降温达到比市场现有直线电机更高的效率，由于一种交直流直线永磁电机系统中输入电源同时具有交流和直流成份特征，更易于实现智能化，可对直线电机这类特种电机品种的进一步丰富和对相关动力机械设备领域起到更新换代的效果。

发明内容

本发明就是针对上述存在的问题提供一种节能降温、绿色安全、结构新颖、运转可靠的一种交直流直线永磁电机系统，采用在定子初级线圈中的硅钢叠压片磁芯内安装有永磁铁，并将传统电机的每相单只交流线圈设计制作成二个单独的直流线圈，一个单独的直流线圈限定直接通入全波整流中的正向脉冲直流电，另一个单独的直流线圈限定直接通入全波整流中的另外半幅负向脉冲直流电，这样二个单独的直流线圈一个通电，另一个则处于断电状态，二者相互交替运行，直流线圈硅钢磁芯凹槽中安装的永铁铁表面极性与直流线圈电磁场极性相同，通电产生的脉冲电磁场与永磁铁恒磁场叠加形成动态脉冲新的复合磁场，这两个直流线圈的表面磁极性是相反的，在供电频率的影响变换作用中，正、负复合磁场的频繁有规律的轮流交换，通过气隙与次级动子上的永磁场形成复合行波磁场磁链和推动力矩，次级动子持续在轨道基体上运动对外输出机械能；采用三相交流电源经过全波整流分别接入定子初级线圈中各个相对应的接线端，在气隙位置产生的复合行波磁场是一种波动的脉冲磁场，在三相差位角状况下复合行波磁场具有运动磁场特点，让次级动子上的金属鼠笼框架受动态行波磁场切割下，感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的复合行波磁场相互作用而产生电磁推力运动，且决定运行方向，动子上还有若干永磁铁组合同时受定子复合行波磁场作用产生推力而运动，或者电源采用蓄电池组经过逆变脉冲整流分别接入定子初级线圈中各个相对应的接线端，再加入50HZ可调频率和120度差位角产生行波磁场使得动子运动做功，频率和差位角是设计可调节的，对于大功率一种交直流直线永磁电机宜采用短初级长次级为主要型式；创新改进内容是：本发明由一种交直流直线永磁电机，包括，定子、动子和轨道支撑轮基体以及外接的控制器电源叁大部份组成，定子的硅钢叠压片磁芯上有若干线槽，磁芯内开有相同的凹槽，线槽内嵌入相同的初级绕组线圈，每单相紧邻的二个相同线圈凹槽磁芯中间仅相隔一个线槽口的距离，相邻凹槽内安装的永磁铁表面磁极性相异，每单相紧邻的二个线圈一个通入正向脉冲直电流电，另一个通入反向脉冲直流电，这样两个线圈中各自产生的电磁场极性也相反，二个线圈中安装的永磁铁极性与该直流线圈电磁场极性必须相同，且每只永磁铁的外形尺寸和磁性参数也基本相同，这样每只线圈电磁场极性与永磁场极性因同极性产生的新的复合磁场因磁场相加原理而增强，这个复合磁场比原有单一磁场不仅得到加强，同时电磁场还对永磁铁有充磁保护作用，永磁铁不会被消磁，定子的硅钢叠压片磁芯上每单相紧邻的二个分别通入正反电流的相同线圈的三个线槽的形状不同，两个凹槽中间是一个完整的线槽形状，完整线槽的入线口径较长，主要原因是让出磁芯位置给两边的凹槽，使两个直流线圈的磁芯位置尺寸尽量靠近，有利于这两个电磁场在瞬间切换时减小脉宽，另外两边的线槽的形状都是半个线槽，两个线圈都要嵌装在中间的完整线槽内，是双层绕组，而另外两边的线槽中嵌装一个线圈的单边，是单层绕组，由若干组这样的分别通入正向或者反向电流的二只相同线圈及磁芯组合构成线圈单元，由2N个相同的线圈单元构成相同的相线圈，每三组相同的相序线圈构成一个A十、B十、C十和A-、B-、C-和O线，这种正反相对组合的定子三相线圈，以及若干整数倍的相同线圈构成一种交直流直线永磁电机完整的定子初级线圈，通电就在气隙产生复合行波磁场，相似于三相交流电产生的复合旋转磁场，定子初级线圈分别嵌入定子硅钢叠压片成型的磁芯线槽内，线圈嵌入方式有双层及单层或多层，每个定子磁芯凹槽内安装若干块同极性的永磁铁，相邻线圈磁芯中安装的永磁铁极性相反，硅钢片单片加工出的凹槽分别有二种形状，一种是开口凹槽，另一种是封闭口凹槽，由这两种不同的凹槽交替叠压后的磁芯表面呈现栅栏空芯状，使凹槽内安装的永磁铁有明显的缝隙交替外露出来，外露面积大于二分之一永磁铁单极面积，调节磁芯表面的栅栏空芯状空芯与实芯尺寸比例，能够影响到气隙的复合行波磁场状况，定子各组初级线圈参数是完全相同的，丫星形接法，出线是三相一零的方式，一根零线共7根出线，或者单相出线5根，三根相线A、B、C电位角差120度或60度，频率20-1000Hz分段便于调速，出线头相互之间不能互换，因为输入的半波电流属于直流电流特征，有正反极之区分，接错则被烧毁！接头调换时应以该相序的正反二个接头A十及A-同时与另一相序B十及B-调换，或者与C十及C-调换，可以改变动子运动方向；若干定子组装模块安装在定子基体表面两条轨道中部，若干定子组装模块的表面与安装在动子结构基体上的若干永磁铁表面始终保持有气隙，基体由钢材或钢筋混凝土或特殊复合材质的材料构成，轨道安装在定子基体表面两侧，定子组装模块可以单独安装或者多块有序排列安装在定子基体表面；动子结构基体上安装有支撑轮或滑块组合体与轨道始终处于动态配合关系，二者的动态配合关系是机械配合或亚磁悬浮配合；定子组装模块三相初级线圈的出线有7根以上的接线；动子结构基体中安置耦合变压器与鼠笼金属导条构成感应电源，在运行状态下感应产生的电压电流提供给动子结构基体中的设备使用，与备用蓄电池组构成动子结构基体中的电源；如果初级固定，则次级在轨道上做直线运动，反之，则次级做直线运动；一种交直流直线永磁电机的电源由控制器输入，控制器按供给电源及配置分别有若干系列产品，供给控制器的电源分为电厂的三相电源或者蓄电池直流电源或太阳能电池等多种电源，输入的是三相交流电源直接接入匹配的控制器经整流后输出，输入的电源是直流电需先通过逆变器，然后再输入控制器经整流后输出，控制器中整流的主要基本电路是三相全波整流电路，产生三相正弦脉冲半波直流电，根据需要的电源电压、电流、功率不同要求，三相全波整流基本电路中的电子元器件及电路相应做出调整，形成控制器的不同系列产品；为提高供电质量控制器在整流过程中还需经过控制逻辑、直线编码、变频调频、脉宽调节、稳压稳流、电热调节、智控电路调节、5G技术以及超级电容器充放电路切换开关等组成控制中心集成器，配置的适当容量超级电容器对瞬时提高定子直流线圈的电磁场强度作用很大，能直接影响到动子的瞬时输出功率，由于输入电源系统中同时有交流和直流电的成份，易于各种类智能化的控制，控制器上留有若干联接智控电路调节插座，将分别具有上半波形和下半波形的半个正弦波或修正波脉冲电流，分开分别供给一种交直流直线永磁电机定子初级线圈中的两大组合成对的线圈，在每单相紧邻的两只通电线圈单元表面，一个产生出N极电磁场与安装在凹槽内的N极永磁铁磁场形成新的N极复合磁场，而另一个产生出S极电磁场与安装在凹槽内的S极永磁铁磁场形成新的S极复合磁场，同时通电的这两组成对的线圈单元脉冲电流相差兀周期的正弦半波综合形成一个完整的单相正弦波或修正波脉冲磁动势，当按120度电位角差的电流通入，综合形成一组相似于三相正弦波电流或者一组完整的修正波复合电磁场，也就产生出复合行波磁场；动子的硅钢叠压片上有由铜材或铝材构成鼠笼结构闭合电路，在鼠笼条间隔的动子硅钢叠压片上开有凹槽，凹槽表面形状有两个护角，有利于永磁铁的安装稳固，凹槽中安装下陷式永磁铁，永磁铁因动子有倾斜角度也有倾斜角度，每个凹槽的宽度大于定子上相紧邻的两个磁芯的外包尺寸1-1.2倍，鼠笼条和凹槽具有倾斜角在1/8槽至1槽范围内，定、动子槽数比采用常规交流电机的设计，动子上的闭合鼠笼条因切割旋转磁力线产生力矩推动动子朝同一个方向运动，能够决定零启动的运动方向，动子上的永磁铁同时也受到定子复合行波磁场的作用推动动子运动，或者动子钢板上仅装有永磁铁采取直接胶固的下陷方式；动子是整机中的结构部件，应用在不同的项目产品上形状和功能是完全不同的；一种交直流直线永磁电机定子硅钢片的槽数为6的N整数倍以此类推；为了散热，特别是大功率导线应采用超导材料配套系统，以及采用纳米材料；定子初级线圈绕组的若干引出线接线端头是预先按设计要求接到6个火线插杆和1个零线插杆共7个插杆的专用插头上，使用时将专用插头插到与之相配套的专用插座上，专用插头的金属杆的数量及断面形状尺寸与专用插座孔眼完全一致，控制器的电源输出线接到6个火线插孔和1个零线插孔共7个插孔的专用插座上，这样不但使用方便而且安全可靠；总结：要求控制器输出若干组脉冲正弦半波直流电供给定子初级线圈，在若干组定子初级线圈中综合有序地形成三相交流的电磁场波形特征形式，在气隙处形成有规律的行波运动磁链磁场，让动子受力矩有序运动输出功率。