[发明专利]一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机

说明书

本发明公开了一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机，包括初级绕组、初级铁心、次级铁心及辅助永磁体，设置平板形的次级铁心为高导磁材料，沿铁心中心线开设有镜像对称分布的多层矩形槽，相邻的两个多层矩形槽的距离为一个极距。辅助永磁体嵌放在一层或多层矩形槽内，且该内置的永磁体沿铁心中心线呈镜像对称分布，并在不同的磁路结构具有不同的充磁方向。本发明通过多层矩形槽以及辅助永磁体的设置，增大交、直轴的电抗的差值，提高电机的磁阻推力分量，在减小永磁体用量的情况下，令电机仍能保持高的推力密度，同时降低了制造成本，在长行程自动化生产线、电磁弹射等场合具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及到一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机。

背景技术

双边型直线电机可以实现高的推力密度，并具有强的设计灵活度，在长行程自动化生产线、电磁弹射等场合获得广泛的应用。常见双边型永磁直线同步电机由初级电枢和次级永磁体构成，电枢绕组通交流电产生电枢磁场，与次级永磁体的励磁磁场相互作用，产生电磁推力驱动次级作直线运动。近年来随着稀土价格的不断上涨，减小永磁体的用量成为双边型电机设计考虑的首要因素。在众多电机方案中，直线同步磁阻电机不采用永磁体，利用交、直轴的磁阻差异来产生磁阻力推动次级运行，具有结构简单，易于控制，温度适应性好，成本低等优点，因而备受关注。但直线同步磁阻电机是单激励源电机，存在的推力密度和功率因数偏低的问题，不能充分发挥双边型直线电机的优势，成为其应用范围的拓展的瓶颈。

发明内容

本发明为解决现有的双边型直线电机在设计过程中面临的推力密度提升与永磁体成本控制之间的矛盾，提出了一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机，以期在减少永磁体用量的基础上，令电机仍具备较高的推力密度和功率因数，以实现双边型电机制造成本的有效控制。

本发明为达到上述发明目的采用如下技术方案：

本发明一种高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机，包括初级绕组、初级铁心、次级铁心及辅助永磁体，其特点在于：

设置所述次级铁心为平板形结构，且采用高导磁材料，沿所述次级铁心的中心线开设有若干个镜像对称分布的多层矩形槽，相邻两个多层矩形槽的距离为一个极距；且多层矩形槽中每层矩形槽的宽度相同；

所述辅助永磁体沿铁心中心线呈镜像对称分布在多层矩形槽中的一层或若干层矩形槽内，所述辅助永磁体所在的各个矩形槽之间为连通结构，与所述辅助永磁体所在的矩形槽相邻的空矩形槽也为连通结构；

令所述辅助永磁体的充磁方向垂直于电机运动方向，同一个多层矩形槽内的辅助永磁体的充磁方向相同；相邻两个多层矩形槽内的辅助永磁体的N极和S极交替分布，令处于镜像对称位置的双边初级绕组中的电流方向相同，以形成串联磁路结构；

在串联磁路结构下，所述辅助永磁体的充磁方向长度等于所在矩形槽的高度，所述辅助永磁体的宽度小于所在矩形槽的宽度，使得多层矩形槽内在所在矩形槽的两端形成有空隙，并与所述辅助永磁体所在的矩形槽相邻的空矩形槽共同构成隔磁桥；

令所述辅助永磁体的充磁方向平行于电机运动方向，同一个多层矩形槽内的辅助永磁体的充磁方向相同；相邻两个多层矩形槽内的辅助永磁体的N极和S极交替分布，令处于镜像对称位置的双边初级绕组中的电流方向相反，以形成并联磁路结构；

在并联磁路结构下，所述辅助永磁体的充磁方向长度等于所在矩形槽的宽度，所述辅助永磁体的宽度等于所在矩形槽的高度，所述辅助永磁体所在的矩形槽相邻的空矩形槽作为隔磁桥。

本发明所述的高推力密度的双边型永磁辅助直线同步磁阻电机的特点也在于，所述矩形槽的宽度d1、辅助永磁体的宽度d2、电机极距τ之间满足关系式：τ/2≤d2≤d1＜τ。

在一个极距内，矩形槽的槽数N与内置的辅助永磁体的个数M满足关系式：M+2≤N，其中M为自然数。