[发明专利]并联磁路圆筒型单相永磁同步直线电机及其驱动控制系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种永磁同步直线电机及其驱动控制系统。

背景技术

短行程直线电机的一种常见结构如图9所示。电机的运动部分是永磁体， 通过动子支架与弹簧连接在一起。工作磁场由两部分组成，一部分是励磁线 圈产生的交变磁场，另一部分是由永磁体产生的恒定磁场。该结构为环状， 外铁轭及内铁轭都为固定部分，永磁体安装在非导磁、非导电支架上，永磁 体外圆周面的极性相同，当绕组通入交变电流，绕组磁场会与永磁体磁场相 作用产生交变的推力，推动永磁体沿轴向做往复直线运动。

当电枢铁心采用硅钢片叠成时，由于叠片方向为周向，铁心叠片工艺复 杂，加工成本高；如果采用实心铁心，虽然工艺简单、成本低，但铁心会产 生更大的涡流损耗，大大降低电机的效率。永磁体支架的制作、加工上，难 度较大。而且当次级极距较小时，电机的材料利用率低，性能变差。动子的 结构强度和可靠性较差，散热效果不好、温升高，不适合做成大功率直线启 动发电机系统。

发明内容

本发明为了解决现有直线电机电枢铁心采用硅钢片叠成的结构加工工艺 复杂，成本高，如采用实心铁心的结构会产生较大的涡流损耗；同时还存在 永磁体支架制作、加工难度大，次级极距要求大的问题，以及现有电机驱动 控制系统体积大、难以集成的缺点，而提出的并联磁路圆筒型单相永磁同步 直线电机及其驱动控制系统。

并联磁路圆筒型单相永磁直线同步电机，它包括初级、次级、气隙和动 子支撑板簧；次级包括永磁体阵列和轴筒；永磁体阵列固定设置在轴筒上； 初级包括电枢和机壳；电枢包括电枢铁心和电枢绕组；电枢铁心包括i+1个 圆环形铁心段和i个铁心段间隔环，其中i为正整数；所述的i+1个圆环形铁 心段与i个铁心段间隔环沿轴向依次间隔排列；一个圆环形铁心段与一个铁 心段间隔环轴向厚度之和等于2τ_p，其中τ_p为永磁体极距；每个电枢铁心的 内圆周上沿轴向均匀开有2n个齿槽，其中n为正整数，电枢绕组的每个线圈 缠绕在电枢铁心的每个齿上，并且电枢铁心相邻齿上的线圈绕向相反，电枢 铁心的齿上所有线圈串联连接组成电枢绕组。动子支撑板簧的弹性系数K_t、 动子总质量m_t与动子往复运动频率f_e之间满足关系

并联磁路圆筒型单相永磁直线同步电机驱动控制系统，并联磁路圆筒型 单相永磁直线同步电机、功率变换器和系统控制器组成；系统控制器的控制 端连接功率变换器的受控端，功率变换器的输出端连接并联磁路圆筒型单相 永磁直线同步电机的启动端。

本发明的并联磁路圆筒型单相永磁同步直线电机系统的结构简单、效率 高，散热效果好、温升低，电流控制容易，动子的结构强度与可靠性高，初 级电机极距与齿距的最优化从而解决了涡流大的问题，其驱动控制可实现模 块化，以及动子支撑板簧制作简单以及对次级极距要求低的优点。本发明的 磁路并联结构直线启动发电机及其驱动控制系统在直线压缩机及斯特林发电 机系统中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的直线电机结构示意图；图2是本发明的直线电机左视图； 图3是永磁体阵列5在具体实施二中平面展开示意图；图4是永磁体阵列5 在具体实施三中平面展开示意图；图5是具体实施方式六次级的左视图；图 6是具体实施方式六中次级结构示意图；图7是H桥变换器的拓扑结构示意 图；图8是电容分压半桥变换器的拓扑结构示意图；图9是现有短行程直线 电机结构示意图。

具体实施方式