[发明专利]互补型模块化混合励磁直线电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机的制造技术领域，且特别是有关于一种绕组及结构互补模块化的混合励磁直线电机。

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。

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。然而，由于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，而永磁体和电枢的成本都较高，在如轨道交通等长定子应用场合中无疑导致系统成本增加。

目前，国际上研究比较热点的双极性磁链的磁通切换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，转子无绕组、无电刷、无永磁体，仅为导磁铁心材料，具有功率密度高，结构简单，易于散热，高可靠性等优点。对其直线结构而言，可以把旋转结构的定子作为初级动子，由永磁体和绕组组成，而旋转结构的动子作为次级长定子，仅由导磁性材料组成，因此，此结构电机在长定子应用场合可以大大降低系统成本。然而，传统磁通切换永磁直线电机磁场仅由永磁体提供，励磁调节困难，调速范围受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种互补型模块化混合励磁直线电机，该电机每相绕组具有对称互补性，电机反电势波形对称、正弦；其结构的互补性大大降低甚至抵消电机的定位力。励磁方式采用永磁体和电励磁相结合方式，弱磁能力强，恒功率调速范围宽。

本发明提出一种互补型模块化混合励磁直线电机，包括定子和动子。定子和动子均为凸极结构，且两者之间具有气隙。动子包括2m个E型模块，m为电机的相数。相邻两个E型模块之间填充非导磁材料。同相两E型模块之间的相对位移为λ₁＝(n±1/2)τ_s，异相两E型模块之间的相对位移为λ₂＝(j±1/m)τ_s，τ_s为定子极距，n，j均为正整数。其中，每个E型模块包括2个U型导磁齿、永磁体、电枢绕组以及励磁绕组。2个U型导磁齿之间通过导磁桥相连接。永磁体设置于U型导磁齿之间。电枢绕组设置于每个E型模块的槽中，且套住永磁体。励磁绕组设置于U型导磁齿的齿尖部，且套住两齿尖。

本发明中，所述动子包括2m或4m个相互串联的励磁绕组。本发明中的气隙磁场由永磁体和励磁绕组共同作用产生，通过调节励磁绕组的电流可以灵活改变调节绕组磁通大小，具有很宽的恒功率调速范围。

本发明中，所述U型导磁齿的外侧顶端具有倒角α，且α取0°～90°，两相邻的U型导磁齿的顶端由倒角α构成凹口。本发明突破了传统直线电机中永磁体和齿的形状的限制，此结构保证了永磁体的宽度根据需要灵活变化时，达到动子齿中部的宽度大于齿尖宽度的目的。可以避免动子齿中部磁通密度较饱和而引起齿中间部分磁阻较大，增加齿尖和气隙的磁通密度，提高反电势幅值，节省永磁材料，降低系统成本。

本发明中，同相E型模块中的集中绕组相互串联在一起。

本发明中，所述定子为导磁材料。由于定子上既无永磁体也无绕组，仅仅由价格较低的导磁材料组成，使得本发明特别适用于长定子结构直线电机及需要宽范围调速应用场合，例如城市轨道交通直线电机等。

本发明结构简单、坚固，具有较强输出推力和较高功率密度及较大的调速范围，而且兼顾了互补型模块化永磁直线电机的功率密度高，结构灵活互补对称，容错能力强，反电势对称正弦，定子结构简单等优点。

本发明采用高性能永磁材料和直流励磁绕组混合的励磁方式，在磁通切换型永磁直线电机中提出了导磁桥结构，为励磁绕组提供额外通路，使得电励磁磁场回路磁阻减小，用较小的励磁电流就可以大大的减小电枢绕组匝链的磁通，弱磁能力强，效率高。使得本发明电机继承了结构互补模块化磁通切换直线电机结构和性能上的优点，同时灵活控制气隙中的磁场，使得该电机具有很宽的恒功率弱磁能力，特别适用于轨道交通等需要灵活变化速度的场合。

附图说明

图1所示为根据本发明一实施例的互补型模块化混合励磁直线电机的结构示意图。