[发明专利]模块化横向磁通永磁同步直线电机

说明书

模块化横向磁通永磁同步直线电机，属于永磁电机领域，本发明为解决现有横向磁通永磁同步直线电机永磁体利用率低、永磁体和电枢漏磁大、功率因数低的问题。本发明包括初级和次级，初级设置于次级外部；初级包括初级电枢，初级电枢为m相，各相沿轴向均匀分布且依次间隔2iτ±2τ/m，i＝0,1,2,…；每相包括k个电枢单元，且k个电枢单元沿圆周方向均布；k个电枢单元中绕组通过串联或者并联构成一相绕组；每个电枢单元由h个沿轴向方向均匀分布的U型电枢模块构成，相邻U型电枢模块的绕组反向串联，且每相中相邻U型电枢模块中心的轴向距离为τ。

技术领域

本发明涉及永磁直线电机，具体涉及一种横向磁通永磁同步直线电机。

背景技术

直线电机不需要曲轴连杆等中间传动机构，直接形成直线运动，具有结构简单、精度高、传动效率高等优点，在直线运动领域受到越来越多的关注。其中，横向磁通永磁同步直线电机在磁路结构上与传统永磁同步直线电机不同，其电枢绕组平面与电机运动平面互相垂直，实现了电负荷与磁负荷的解耦，可以在一定范围内通过提高磁能变化率来提高电机推力密度。

传统的横向磁通永磁同步直线电机的主要问题是电机的功率因数低，这会导致电机的驱动电流、控制器容量、损耗等增加，从而限制了该类电机在实际中的应用。一方面，传统横向磁通直线电机的永磁体利用率很低，理想情况下最多为50％，同时永磁体间的漏磁问题非常严重。另一方面，传统的横向磁通直线电机一般每相采用一个集中电枢绕组，将所有的铁心单元环绕其中，这种电枢绕组结构虽然简单，但实际工作有效边很短，导致电枢绕组的漏磁严重。因此，如何提升向磁通永磁同步直线电机的永磁体利用率、降低该电机永磁体和电枢漏磁对提升横向磁通永磁同步直线电机的功率因数至关重要。

发明内容

本发明为了解决现有横向磁通永磁同步直线电机永磁体利用率低、永磁体和电枢漏磁大、功率因数低的问题，提出了一种模块化横向磁通永磁同步直线电机。

本发明所述模块化横向磁通永磁同步直线电机，包括初级和次级，初级设置于次级外部；初级包括初级电枢1，初级电枢1为m相，各相沿轴向均匀分布且依次间隔2iτ±2τ/m，i＝0,1,2,…；每相包括k个电枢单元2，且k个电枢单元2沿圆周方向均布；k个电枢单元2中绕组通过串联或者并联构成一相绕组；每个电枢单元2由h个沿轴向方向均匀分布的U型电枢模块3构成，相邻U型电枢模块3的绕组反向串联，且每相中相邻U型电枢模块3中心的轴向距离为τ，τ为永磁体轴向方向的极距。

优选地，U型电枢模块3包括一个U型铁心3-1和在2个U型铁心齿上绕制的绕组线圈，分别为第一绕组线圈3-2和第二绕组线圈3-3；第一绕组线圈3-2和第二绕组线圈3-3满足如下关系：如果第一绕组线圈3-2和第二绕组线圈3-3在U型铁心齿上绕制方向相同，则二者反向串联；如果第一绕组线圈3-2和第二绕组线圈3-3在U型铁心齿上绕制方向相反，则二者正向串联。

优选地，U型铁心3-1还设置有聚磁极靴3-4，聚磁极靴为沿四周方向延伸的凸台结构，且延伸距离不超过同一极下永磁体所对应的区域。

优选地，次级包括次级永磁体4和次级铁心5；次级永磁体4为固定在次级铁心5外圆表面的永磁体阵列，次级永磁体4沿圆周方向平均分为2k个区域，与初级中的U型电枢模块3分别一一对应；每相永磁体包括k个永磁体组4-1，每个永磁体组4-1由j个大小相同的N极和j个S极永磁体沿轴向并列排布构成，jm×h，且所有相邻永磁体充磁方向相反，同一相中相邻的永磁体组4-1排布相同或者反向对称。

优选地，次级永磁体4的充磁方向为径向充磁或平行充磁。

优选地，次级永磁体4为表贴式。

优选地，处于同一圆周面的k个U型电枢模块3相互独立，相邻两个U型电枢模块3之间设置有空隙。

优选地，处于同一圆周面的k个U型电枢模块3的轭部连接起来，形成一体的初级铁心模块。

优选地，所述电机为初级动子，次级定子结构。