[发明专利]电磁助推用定子无铁心永磁直线电机

说明书

本发明公开了一种电磁助推用定子无铁心永磁直线电机，包括定子和动子，定子为无铁心结构，定子对称放置在动子的外侧。通过改进定子结构和动子中永磁体的排布方式，增强两侧绕组磁场的作用，具有双向聚磁能力，从而提高了直线电机气隙磁密，增加电机的推力密度，提高输出的电磁推力。本发明中的电磁助推用定子无铁心永磁直线电机结构简单、电机效率高、电磁噪声低，能够短时输出足够大的电磁推力以供电磁助推，并具有较低的重量。

技术领域

本发明涉及直线电机，特别是涉及一种电磁助推用定子无铁心永磁直线电机。

背景技术

目前，近年来，电磁助推在飞机、航天器和导弹助推方面得到了很大的发展和广泛关注，是当前以及未来军事领域发展的重要技术。相对于传统蒸汽助推，电磁助推技术具有优秀的可控性和稳定性。

直线电机作为电磁助推系统推力的主要提供者，在该领域具有极其重要的地位。目前，直线电机的电机类型主要由感应直线电机、永磁型磁通切换直线电机和永磁直线同步电机，其中，感应直线电机具有结构简单、动子重量轻、减速距离短、无永磁体、次级结构简单和成本低等优点，国内外学者对感应直线电机的电磁特性、优化设计、电机模型的控制策略进行了详细的研究，尤其是双边长初级感应电机一直是电磁助推系统中的主要研究对象，但是感应直线电机的推力密度、效率和功率密度都较低。永磁型磁通切换直线电机动子结构简单、坚实耐用、速度范围宽、退磁风险小并且冷却方便、具有容错能力，是目前国内外电机研究人员重要的研究对象，具有良好的发展前景，但永磁型磁通切换电机的永磁体漏磁较大、功率密度低、推力波动大、制造工艺复杂以及动子铁心质量很大；永磁直线电机具有功率密度大、效率高和功率因素高等优点，主要分为动圈式和动磁式：动圈式运动部件需要通电，不安全、不可靠、运动部件重量大，动磁式运动部件无电枢绕组、结构部件简单可靠，运动部件重量轻，但永磁直线电机的铁心体积重量和损耗大、产热明显、永磁体退磁风险大、齿槽转矩和噪声大、并且铁心易饱和，电机过载能力有限。

在电磁助推过程中，电机运行时间短，瞬间出力大，感应直线电机和永磁型磁通切换直线电机推力密度相对较低，输出同样大小的推力需要的体积和重量更大，传统有铁心永磁直线电机虽然推力密度较高，但其铁心容易饱和，过载能力有限，亦需要较大的体积和重量。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种电磁助推用定子无铁心永磁直线电机，气隙磁密和推力密度高，能够短时输出足够大的电磁推力以供电磁助推，同时结构简单，安装方便，重量低、体积小。

技术方案：本发明所述的电磁助推用定子无铁心永磁直线电机，包括定子和动子，定子为无铁心结构，定子为两组，且对称放置在动子的外侧；定子包括绕组和绕组骨架，绕组固定在绕组骨架上；动子包括至少一对极，每对极包括两极，每相邻两极紧密配合，每极包括四块永磁体、一个导磁动子轴和用于固定永磁体的非导磁固定件，四块永磁体绕动子轴依次间隔90°排列固定在动子轴外侧面上，固定件位于永磁体外侧，并且永磁体、动子轴和固定件之间紧密配合；永磁体只拥有N和S两个极性，同一极内位置相对的两块永磁体形状、大小和相对于动子轴的充磁方向均相同，同一极内位置不相对的永磁体充磁方向相对于动子轴相反，每相邻两极的相邻两块永磁体的充磁方向相反。

为了增大气隙磁密，绕组骨架为导磁性铁材料。

为了降低绕组骨架加工难度，绕组骨架为分段式，每段绕组骨架之间采用非导磁骨架进行连接。

为了安装方便、制作工艺简便，永磁体的形状、大小均相同。

工作原理：本发明中的电磁助推用定子无铁心永磁直线电机，由于取消了定子铁心，电枢绕组直接暴露在磁场中，通电后在磁场中受到切向电磁力作用，不存在磁场饱和现象，电机的过载能力很强；并且通过改进定子结构和动子中永磁体的排布方式，增强两侧绕组区域磁场强度，具有双向聚磁能力，从而提高了直线电机气隙磁密，增加电机的推力密度，提高输出的电磁推力。