[發明專利]互補型模塊化永磁直線電機及由其構成的電機模組

有效

• 申請號: 201010169681.6
• 申請日: 2010-05-12
• 公開（公告）號: CN101860174A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 程明;曹瑞武;花為;趙文祥
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武;李海濤

技術領域

本發明涉及電機的制造技術領域，且特別是有關于一種繞組及結構互補模塊化的永磁直線電機及由其構成的電機模組。

背景技術

電機是傳動系統的主要部件，合理的選擇電機可以提高整個系統的性能，提高效率。在直線應用場合，傳統的旋轉電機需要一定的機械傳動部件將旋轉運動轉換為直線運動。這樣帶來了許多問題，比如，系統體積龐大，重量增加，噪聲高，維護成本增加，而在軌道交通應用中，速度過高會出現輪軌滑動等問題。因此，采用直線電機代替旋轉電機這一技術手段，可以克服旋轉電機在此應用場合中的上述缺點，提高整個系統的效率。

我國是稀土永磁大國，隨著電力電子和磁性材料的發展，永磁無刷電機得到迅速的發展。此類電機具有高效率、高功率密度等優點。其相應的直線結構也被廣泛研究。傳統的永磁直線同步電機兼有永磁電機和直線電機的雙重優點。與直線感應電機相比，永磁直線同步電機的力能指標高、體積小、重量輕，且具有發電制動功能。然而，由于傳統的永磁電機的永磁體和電樞繞組分別安裝在初級和次級，而永磁體和電樞的成本都較高，在如軌道交通等長定子應用場合中無疑導致系統成本增加。

目前，國際上研究比較熱點的雙極性磁鏈的磁通切換永磁電機具有較高的功率密度，其永磁體和電樞繞組均放置在定子上，轉子無繞組、無電刷、無永磁體，僅為導磁鐵心材料，具有功率密度高，結構簡單，易于散熱，高可靠性等優點。對其直線結構而言，可以把旋轉結構的定子作為初級動子，由永磁體和繞組組成，而旋轉結構的動子作為次級長定子，僅由導磁性材料組成，因此，此結構電機在長定子應用場合可以大大降低系統成本。然而，傳統磁通切換直線電機端部相繞組的磁通正負半周不對稱，從而引起各相反電勢不平衡。傳統模塊化磁通切換直線電機沒有考慮到每相繞組及結構的互補性，存在每相反電勢正負半周不對稱，定位力大的缺點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種互補型模塊化永磁直線電機及由其構成的電機模組，該電機的每相繞組具有對稱互補性，電機反電勢波形對稱、正弦，而且結構的互補性大大降低甚至抵消電機的定位力。

本發明提出一種互補型模塊化永磁直線電機及由其構成的電機模組。其中，永磁直線電機包括定子和動子。定子和動子均為凸極結構，且兩者之間具有氣隙。動子包括2m個E型模塊，m為電機的相數。相鄰兩個E型模塊之間填充非導磁材料。每個E型模塊包括2個U型導磁齒和設置于U型導磁齒之間的永磁體，集中繞組設置于E型模塊的槽中且套住永磁體。兩個同相E型模塊之間的相對位移為λ₁＝(n±1/2)τ_s，兩個異相E型模塊之間的相對位移為λ₂＝(j±1/m)τ_s，τ_s為定子極距，n，j均為正整數。

本發明中，所述U型導磁齒的外側頂端具有倒角α，且α取0°～90°，兩相鄰的U型導磁齒的頂端由倒角α構成凹口。進一步的，所述永磁體的高度小于或等于U型導磁齒的高度。本發明突破了旋轉結構磁通切換永磁電機中永磁體和齒的形狀的限制，此結構保證了永磁體的寬度根據需要靈活變化時，達到動子齒中部的寬度大于齒尖寬度的目的。可以避免動子齒中部磁通密度較飽和而引起齒中間部分磁阻較大，增加齒尖和氣隙的磁通密度，提高反電勢幅值，節省永磁材料，降低系統成本。

本發明中，所述定子為導磁材料。由于定子上既無永磁體也無繞組，僅僅由價格較低的導磁材料組成，使得本發明特別適用于如軌道交通、高層樓房電梯等長定子應用場合，可以大大降低系統的成本。

本發明中，同相E型模塊中的集中繞組相互串聯在一起，相鄰兩個永磁體采用交替平行充磁。

本發明中，所述互補型模塊化永磁直線電機是單邊平板結構、雙邊平板結構或圓筒型結構。而且，所述互補型模塊化永磁直線電機是電動機或發電機。

本發明還提出一種由上述互補型模塊化永磁直線電機構成的電機模組，包括由k個所述互補型模塊化永磁直線電機，k為正整數。進一步的，所述k個所述互補型模塊化永磁直線電機串聯構成一個整體或分開單獨控制。