[發明專利]容錯式初級永磁游標直線電機

有效

• 申請號: 201310202082.3
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103248193A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 趙文祥;房卓婭;吉敬華;朱紀洪
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種初級永磁游標直線電機，可用于軌道交通、低速大推力等高可靠、高效率的直線運動領域。

背景技術

直線電機是一種將電能直接轉化成直線運動的機械能而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置，從而較傳統的傳動方式有明顯的優勢，如結構簡單，無磨損，精度高，效率高等。因此，直線電機得到越來越廣泛的應用。

目前，直線驅動技術正逐步應用于軌道交通方面。直線感應電機機械結構簡單，但是工作效率比較低，對氣隙的變化也較為敏感；永磁直線電機與電勵磁直線電機相比有著較高的效率，但無論是將電樞繞組沿軌道鋪設，還是將永磁體沿軌道鋪設，在軌道交通這種長線的直線驅動系統中，制造成本太大，不具有經濟可行性。

針對上述缺點，國內外學者提出一種結構簡單，可靠性高的雙凸極定子永磁型旋轉電機：就是將線圈和永磁體均放置在定子上，轉子為簡單的凸極結構。可將永磁體分別置于定子軛部、定子齒間，以及定子凸極表面貼裝，即雙凸極永磁電機、磁通切換永磁電機以及磁通反向永磁電機，其中雙凸極永磁電機的功率密度低于磁通切換電機和磁通反向電機，而磁通切換電機當發生短路故障時，短路電流帶來的溫度升高容易使永磁體發生退磁，故容錯性能較差。磁通反向電機在具有高功率密度的同時，具有較好的容錯性能。

現有技術中永磁容錯電機雖然具有可靠性和容錯性能，但由于采用降額設計、余度技術等手段，在增加電機容錯性能的同時往往降低了電機的推力密度，在爬坡、轉彎等需要低速大推力的運動的場合時，上述電機不能較好的滿足此要求。而另一方面，基于磁齒輪原理的永磁游標電機具有輸出轉矩大，適用于低速大轉矩的運動場合的特點。目前，大多數永磁游標電機均采用3相電樞繞組，每極每相槽數q=1/2的分數槽雙層式集中繞組結構，這種結構容易使電機電樞齒磁密飽和，從而降低永磁體的使用效率，降低電機的反電勢。其次，雙層式集中繞組不具有高容錯性能，導致相與相之間的耦合程度較高，當一相發生故障，其他兩正常相的磁場將嚴重受到故障相產生的磁場的影響，導致系統無法正常運行，不具備帶故障運行能力，容錯性能較差。

發明內容

本發明的目的是，針對現有電機技術的不足，基于現有的游標電機以及初級永磁型直線電機結構的基礎，提出一種大推力、高可靠性、電機相與相之間磁路獨立、具有容錯性能的容錯式初級永磁游標電機。

具體來說，本發明采用的技術方案是：包括初級、次級和電樞繞組，初級的長度小于次級的長度，初級和次級之間存在氣隙；初級與次級的極距比滿足τ_s/τ_p=k±1/m，其中τ_s為初級極距，τ_p為次級極距，k，m為正整數；初級上均勻分布多個電樞齒，電樞繞組繞于電樞齒上，每個所述電樞齒的齒槽中設置一套電樞繞組，每相鄰兩個所述的電樞齒之間設置一個容錯齒；永磁體貼裝于電樞齒端部；容錯齒的高度等于貼裝有永磁體的電樞齒的高度加上永磁體的高度；次級為由次級鐵芯和多個梯形齒組成的凸極形狀。

本發明的進一步特征在于：每個電樞齒下的永磁體的寬度為電樞齒寬度的1/5，均勻分布于電樞齒端部。

本發明的進一步特征在于：每塊永磁體的充磁方向N-S、S-N交替排列，充磁方向為平行于電樞齒的中心軸線，且每一個電樞齒上的永磁體的充磁方向排列順序是一樣的。

本發明的有益效果是：

1、本發明為初級永磁游標結構且帶容錯齒，結構簡單、推力大，可靠性高。

2、本發明避免使用斜槽，增加輔助槽的方法降低電機的定位力，進而降低電機的推力波動，從而降低了電機的加工難度。

3、電機初級上的電樞繞組為集中式繞組，制作嵌線方便，繞組端部短，電阻和銅耗較小。

4、每槽只有一套繞組，沒有繞組的電樞齒為容錯齒，起到電機相與相之間的物理隔離、熱隔離以及磁路的解耦。

5、次級采用簡單的凸極結構，沒有繞組、沒有電刷、沒有永磁體，易于維護，延長使用壽命。

6、永磁體采用初級表面貼裝的形式，永磁體易于散熱，可以避免因為溫度過高而使永磁體發生退磁。

7、有效的結合了永磁容錯電機和永磁游標電機的優點，在保留并進一步加強了容錯性能的同時顯著的增大了推力，并減小了推力脈動。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明結構示意圖。

圖2本發明自感互感對比圖。

圖3本發明反電勢圖。