[发明专利]多相长定子初级永磁直线电机

说明书

技术领域

本发明是一种结构简单、坚固、具有较强输出推力和较高功率密度以及较小推 力波动的长定子初级永磁直线电机，涉及电机制造的技术领域。

背景技术

电机是传动系统的主要部件，合理的选择电机可以提高整个系统的性能，提高 效率。在直线应用场合，传统的旋转电机都需要一定的机械传动部件将旋转运动转 换为直线运动。这样带来了许多问题，比如，系统体积庞大，重量增加，噪声高， 维护成本增加，而在轨道交通应用中，速度过高会出现轮轨滑动等问题。因此，采 用直线电机代替旋转电机这一技术手段，可以克服旋转电机在此应用场合中的上述 缺点，提高整个系统的效率。

我国是稀土永磁大国，随着电力电子和磁性材料的发展，永磁无刷电机得到迅 速的发展。此类电机具有高效率、高功率密度的等优点。其相应的直线结构也被广 泛研究。传统的永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感 应电机相比，永磁直线同步电机的力能指标高、体积小、重量轻，且具有发电制动 功能。但是，它也存在着一些缺点，在长定子应用中，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，由于永磁体和电枢的成本都较高，在此应用场合 无疑导致系统成本增加。目前，国际上研究比较热点的单极性磁链的双凸极永磁电 机具有较高的功率密度，其永磁体和电枢绕组均放置在定子上。其直线结构电机可 以将永磁体和绕组均置于电机的初级，而长定子侧的次级仅由导磁性材料组成，因 此在长定子应用场合可以大大降低成本。但是，传统的结构形式致使电机磁路和绕 组的不对称，导致反电势不是对称的梯形波或方波，并因此造成电机的推力波动较 大。本专利的目的就是针对该类直线电机磁路和绕组不对称的缺点，提出一种新型 结构的初级永磁直线电机。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供了一种长定子初级永磁直线电机，电机结构简 单、坚固，磁路和绕组对称。无需斜齿或斜槽的情况下，任一相的空载反电动势为 对称的梯形波，电机具有较强的推力输出能力和较大的功率密度，特别适合于长定 子结构直线电机应用场合，例如城市轨道交通直线电机、工厂运输传动设备、高层 楼房电梯等直线驱动场合。

技术方案：为解决上述技术问题，发明的多相初级永磁直线电机包括定子和动 子，定子为齿槽式铁心构成的平板或圆筒结构。定子和动子都为双凸极结构，动子 由永磁体、集中绕组和铁心组成；其中，任一相的集中绕组线圈均位于动子铁心槽 中，且属于同相的集中绕组线圈按一定方式串联连接，其特征说明如下。

该电机包括定子，气隙和动子；动子包括永磁体、集中绕组、附加齿，定子和 动子都为双凸极单边或双边平板结构，任何相的每个集中绕组线圈均位于动子铁心 槽中；相邻永磁体组成串联磁路：永磁体的块数为N_PM＝2k×m+2，k为正整数， 电机相数为m≥3，其中在动子的两个端部分别设有一块永磁体为电机的附加永磁 体；动子套有绕组的齿数为N_mt＝(N_PM-2)(m+1)，动子相邻齿的中心距离为τ_p， 定子相邻齿的中心距离为τ_s，则τ_p/τ_s＝m/(m±0.5j)，j为奇数，m与j无除1以 外的公约数且m-0.5j＞0；非附加的每块永磁体下对应的齿数为m+1，其中第一 个齿和第m+1齿上的集中绕组属于同一相，其余齿上的绕组依次属于其他相；电机 相邻永磁体的磁性相反，组成串联磁路结构，电机两端具有附加齿和附加永磁体， 附加每块永磁体的齿数范围在[(m+1)/2～(m+1)]之间，此电机可以为电动机也可以 为发电机。

所述定子为圆柱结构，动子为圆筒结构，永磁体为圆环型筒状永磁材料或N块 瓦片永磁材料，组成圆筒型结构形式的直线电机；采用径向充磁，其定子槽和动子 槽被非导磁材料填充，非导磁材料动子和转子接触面为光滑无槽结构。