[发明专利]具有多气隙独立绕组结构的三维磁通永磁直线电机

说明书

技术领域

本发明属电机领域，特别涉及到一种具有多气隙独立绕组结构的三维磁通永磁直线电机。

背景技术

传统的直线运动多采用旋转电机经同步带、减速齿轮、滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动来实现，该系统存在复杂的中间传动机构，存在系统结构复杂，动态性能受限等缺点。现在，基于直线电机的直接传动技术，去了中间复杂传动机构，已在机床、电梯等直线运动场合应用，而且其应用领域正逐渐扩大到生产及生活的各领域。但是与旋转电机系统不同，大部分直接驱动的直线电机系统（电磁弹射应用中高速高加速直线电机除外）不能采用高速度设计提高功率密度并减小体积质量，因此，要减小直线电机的体积质量，只能寄希望于提高电机的推力密度。因此具有高推力密度性能的直线电机成为迫切需要。

较之于电励磁电机，采用永磁体励磁的直线电机推力密度更高。但是已有的单气隙圆筒型永磁直线电机，当负载推力较大时，所需的电机外径较大，内圆存在中空，该中空若不能合理利用，将造成较大的空间体积浪费，从而影响推力/体积比。对于单边或者双边平板型永磁直线电机同时存在纵向和横向端部磁场的影响，而且动子和定子之间存在较大的法向吸力，对支撑结构的强度等提出了高要求，使电机机械支撑结构的体积和质量增大，也不利于提高直线电机的推力密度。因此探讨多气隙结构的永磁直线电机成为提高永磁直线电机推力指标的一个重要思路。

发明内容

本发明为解决现有单气隙永磁直线电机推力密度低的问题，提出一种具有多气隙独立绕组结构的三维磁通永磁直线电机。

发明的具有多气隙独立绕组结构的三维磁通永磁直线电机，可以采用单相、三相或者多相电机结构，三相或者多相电机为单相电机的模块化组合。

本发明的具体技术方案如下：

具有多气隙独立绕组结构的三维磁通永磁直线电机，该电机为单相、三相或者多相结构，三相或者多相电机为单相电机的模块化组合，单相电机包括初级组件1、次级组件2及气隙结构3；次级组件2包括n个初级单元和电枢绕组，次级组件2包括（n-1）个次级单元；气隙结构3由（2n-2）个气隙层组成，其中n为整数，0,1,2……。

本发明的进一步设计在于：

单相电机包括初级组件1、次级组件2及气隙结构3，初级组件1包括n个初级单元11和电枢绕组12，次级组件2包括（n-1）个次级单元21组成；

单相电机中n个初级单元11平行对应设置，每个初级单元11包括永磁体阵列112和位于永磁体阵列112两端的导磁铁心111；其中永磁阵列112由（2m+1）个N-S极性交错排列的永磁体沿水平方向排列组合而成，相邻的两个初级单元上相同水平位置处的永磁体113与永磁体114的充磁方向相反；每个初级单元11两端的导磁铁心111经由上铁心横梁16和下铁心横梁17连接成一体的环形结构，初级组件1的电枢绕组12总体绕制在各个初级单元的永磁体阵列112的外围；初级单元11和次级单元21的导磁铁芯在垂直水平方向上交替放置，每个初级单元11与次级单元21之间留有间隙31，形成（2n-2）个气隙，其中n、m为整数，0,1,2……。

永磁体阵列112中每块永磁体水平方向的宽度为τ/2（τ为极距，以下同）。

每个次级单元21包括一个导磁铁芯211，导磁铁芯211采用整体铁心结构，导磁铁芯211间隔式均匀设置若干非导磁槽212或者隔磁桥213结构，同一个次级单元21上，相邻的非导磁槽或者隔磁桥的间距为τ；

导磁铁芯211上非导磁槽212（或者隔磁桥）与相邻导磁铁芯214相邻位置的非导磁槽212（或者隔磁桥）的中心间距为τ/2。

所述非导磁槽212内或者隔磁桥213内填充有非导磁的轻质材料，如玻璃钢，以提高次级单元21的强度。

采用三相电机结构时，B相电机5和C相电机6的结构与A相电机4的结构相同，各相电机的初级单元沿水平方向排列在同一次级绕组的导磁铁芯上，且相邻两相电机的初级单元共用导磁铁心，且初级单元导磁铁心水平方向的宽度S=(k±2/3)τ，其中k为整数，0,1,2……。

所述的具有多气隙独立绕组结构的三维磁通永磁直线电机，其次级单元2的长度大于初级单元1的长度，这样电机的永磁体和电枢绕组用量少。

本发明相比现有技术具有如下优点：