[发明专利]使用Halbach永磁体的混合励磁式直线同步电机

说明书

技术领域：

本发明属于电动车辆的动力装置，尤其是关于使用Halbach永磁体的混合励磁式直线同步电机。

背景技术：

磁悬浮列车是直线电机的一种应用实例，它可以用磁力将列车悬浮在轨道上方作无接触的高速运动，因此具有无摩擦、无磨损、无噪声、无污染的优点，是当今世界上唯一能达到500公里时速大载容量的地面交通工具。目前磁悬浮列车的直线同步电机有超导型、常导型和永磁型三种。超导型直线同步电机能提供很强的气隙磁场，所以其气隙的间距大，但该磁场不可调节控制。常导型直线同步电机是利用直流电来建立气隙磁场，由于其磁场强度较小，其气隙可达的最大间距小于超导型的；但常导型直线同步电机的励磁电流是可以控制其大小的，通过改变励磁电流的大小，来调节其气隙大小，因此可以容易实现对列车运行的调节。永磁式直线同步电机由于其气隙磁场是由高密度的永磁体所建立，虽然其气隙磁场强度较高，但磁场大小固定，不能调节。近来也有提出将常导型与永磁型结合在一起的直线同步电机，既提高了气隙磁场的强度和承载能力，又可控制励磁电流来调节列车的运行。

发明内容：

本发明提供一种使用Halbach永磁体的混合励磁式直线同步电机，解决在相同的动力结构尺寸下能获得比由传动统的永磁体和励磁线圈组成的混合励磁式磁极的气隙磁场更强以提高承载能力的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种使用Halbach永磁体的混合励磁式直线同步电机，包含由长定子铁芯和定子绕组组成的定子，由永磁体、动子铁芯和励磁绕组组成的动子，其特征在于：该永磁体为磁体两面磁场不等的Halbach永磁体，该Halbach永磁体置于磁极的动子铁芯与定子相对的上表面，其磁场削弱的一面与动子铁芯相接，其磁场增强的一面与定子相对。

本发明可在该Halbach永磁体上设置一极罩，起保护和保证连接可靠的作用。

本发明的技术效果为：

1.与具有相同结构尺寸的由传统永磁体和励磁线圈组成的动子相比，其气隙磁场强度提高30％以上，因此在相同的悬浮高度(也即气隙)要求下，可以提高其承载能力。

2.Halbach永磁体在空间产生的磁场波形更接近于正弦波，减少了一般永磁体产生的谐波磁场，既使动子的谐波漏抗参数大为减少，又使电机附加的脉动阻力降低，提高了电机运行的稳定性能。

3.本发明不仅可应用于磁悬列车，还可应用于数控机床拖板轨道的滑行和磁浮发射等技术领域。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是Halbach永磁体和其磁场分布示意图。

图3是本发明的Halbach永磁体在动子铁芯磁极上另一种连接示意图。

具体实施方式：

请参阅图1所示，本发明包含由长定子铁芯1和定子绕组2组成的定子，由永磁体4、动子铁芯5和励磁绕组6组成的动子。该定子绕组2嵌设在长定子铁芯1面向动子的线槽3内，该励磁绕组6套设在动子铁芯5上，每两个动子铁芯5以磁轭7相连构成一对磁极，该永磁体4设置在动子铁芯5磁极面对定子的上表面上。该永磁体4是Halbach永磁体(图2)，它由钕铁硼或稀土钴等永磁材料按一定的磁极排列规则进行磁化后形成的，在该Halbach永磁体内生成呈链式连接的众磁体，彼此相邻的磁体的N极从左向右各按逆时钟方向旋转90°，这样就在该Halbach永磁体上、下两侧面形成了两个强度不同的磁场，其上侧面的磁场强度被增强，而下侧面的磁场被削弱。本发明正是利用Halbach永磁体有别于一般永磁体的特点，将Halbach永磁体磁场增强的一面面对定子上的由线槽3和定子绕组2形成的定子磁极，以提高同步电机的混合励磁磁场。

电机启动时，动子的励磁绕组6先通电，与Halbach永磁体一起形成的磁场，使动子与定子之间形成气隙，然后定子绕组2通入三相交流电，与该气隙磁场产生电磁推力，推动动子高速运行。

在相同结构尺寸的前提下，由本发明与传统的由永磁体和励磁线圈组成的动子相比，其气隙磁场强度可提高30％以上，这意味着动子承载能力的提升和电能消耗的降低。同时Halbach永磁体在空间产生的磁场波形更接近正弦波，减少了一般永磁体产生的谐波磁场，不仅使动子谐波漏抗参数大为减少，又使电机附加的脉动阻力降低，提高了电机运行的稳定性。