[發(fā)明專利]具有多氣隙獨立繞組結(jié)構(gòu)的三維磁通永磁直線電機

有效

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• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103915971A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 黃旭珍;譚強;王慶龍;周波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬電機領(lǐng)域，特別涉及到一種具有多氣隙獨立繞組結(jié)構(gòu)的三維磁通永磁直線電機。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的直線運動多采用旋轉(zhuǎn)電機經(jīng)同步帶、減速齒輪、滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動來實現(xiàn)，該系統(tǒng)存在復雜的中間傳動機構(gòu)，存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，動態(tài)性能受限等缺點。現(xiàn)在，基于直線電機的直接傳動技術(shù)，去了中間復雜傳動機構(gòu)，已在機床、電梯等直線運動場合應用，而且其應用領(lǐng)域正逐漸擴大到生產(chǎn)及生活的各領(lǐng)域。但是與旋轉(zhuǎn)電機系統(tǒng)不同，大部分直接驅(qū)動的直線電機系統(tǒng)（電磁彈射應用中高速高加速直線電機除外）不能采用高速度設計提高功率密度并減小體積質(zhì)量，因此，要減小直線電機的體積質(zhì)量，只能寄希望于提高電機的推力密度。因此具有高推力密度性能的直線電機成為迫切需要。

較之于電勵磁電機，采用永磁體勵磁的直線電機推力密度更高。但是已有的單氣隙圓筒型永磁直線電機，當負載推力較大時，所需的電機外徑較大，內(nèi)圓存在中空，該中空若不能合理利用，將造成較大的空間體積浪費，從而影響推力/體積比。對于單邊或者雙邊平板型永磁直線電機同時存在縱向和橫向端部磁場的影響，而且動子和定子之間存在較大的法向吸力，對支撐結(jié)構(gòu)的強度等提出了高要求，使電機機械支撐結(jié)構(gòu)的體積和質(zhì)量增大，也不利于提高直線電機的推力密度。因此探討多氣隙結(jié)構(gòu)的永磁直線電機成為提高永磁直線電機推力指標的一個重要思路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有單氣隙永磁直線電機推力密度低的問題，提出一種具有多氣隙獨立繞組結(jié)構(gòu)的三維磁通永磁直線電機。

發(fā)明的具有多氣隙獨立繞組結(jié)構(gòu)的三維磁通永磁直線電機，可以采用單相、三相或者多相電機結(jié)構(gòu)，三相或者多相電機為單相電機的模塊化組合。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

具有多氣隙獨立繞組結(jié)構(gòu)的三維磁通永磁直線電機，該電機為單相、三相或者多相結(jié)構(gòu)，三相或者多相電機為單相電機的模塊化組合，單相電機包括初級組件1、次級組件2及氣隙結(jié)構(gòu)3；次級組件2包括n個初級單元和電樞繞組，次級組件2包括（n-1）個次級單元；氣隙結(jié)構(gòu)3由（2n-2）個氣隙層組成，其中n為整數(shù)，0,1,2……。

本發(fā)明的進一步設計在于：

單相電機包括初級組件1、次級組件2及氣隙結(jié)構(gòu)3，初級組件1包括n個初級單元11和電樞繞組12，次級組件2包括（n-1）個次級單元21組成；

單相電機中n個初級單元11平行對應設置，每個初級單元11包括永磁體陣列112和位于永磁體陣列112兩端的導磁鐵心111；其中永磁陣列112由（2m+1）個N-S極性交錯排列的永磁體沿水平方向排列組合而成，相鄰的兩個初級單元上相同水平位置處的永磁體113與永磁體114的充磁方向相反；每個初級單元11兩端的導磁鐵心111經(jīng)由上鐵心橫梁16和下鐵心橫梁17連接成一體的環(huán)形結(jié)構(gòu)，初級組件1的電樞繞組12總體繞制在各個初級單元的永磁體陣列112的外圍；初級單元11和次級單元21的導磁鐵芯在垂直水平方向上交替放置，每個初級單元11與次級單元21之間留有間隙31，形成（2n-2）個氣隙，其中n、m為整數(shù)，0,1,2……。

永磁體陣列112中每塊永磁體水平方向的寬度為τ/2（τ為極距，以下同）。

每個次級單元21包括一個導磁鐵芯211，導磁鐵芯211采用整體鐵心結(jié)構(gòu)，導磁鐵芯211間隔式均勻設置若干非導磁槽212或者隔磁橋213結(jié)構(gòu)，同一個次級單元21上，相鄰的非導磁槽或者隔磁橋的間距為τ；

導磁鐵芯211上非導磁槽212（或者隔磁橋）與相鄰導磁鐵芯214相鄰位置的非導磁槽212（或者隔磁橋）的中心間距為τ/2。

所述非導磁槽212內(nèi)或者隔磁橋213內(nèi)填充有非導磁的輕質(zhì)材料，如玻璃鋼，以提高次級單元21的強度。

采用三相電機結(jié)構(gòu)時，B相電機5和C相電機6的結(jié)構(gòu)與A相電機4的結(jié)構(gòu)相同，各相電機的初級單元沿水平方向排列在同一次級繞組的導磁鐵芯上，且相鄰兩相電機的初級單元共用導磁鐵心，且初級單元導磁鐵心水平方向的寬度S=(k±2/3)τ，其中k為整數(shù)，0,1,2……。

所述的具有多氣隙獨立繞組結(jié)構(gòu)的三維磁通永磁直線電機，其次級單元2的長度大于初級單元1的長度，這樣電機的永磁體和電樞繞組用量少。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點：