[發明專利]一種高功率密度的容錯永磁游標直線電機

在審

• 申請號: 201710233408.7
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106953497A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 趙文祥;沈陽;吉敬華;楊燕矯
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高推力密度的模塊化永磁游標直線電機，在軌道交通等需要具有低速、大推力、高效率要求的直線驅動領域具有廣泛應用前景。

背景技術

直線電機是一種將電能直接轉化成直線運動，而不需要經過各種中間轉換機械機構的傳動裝置。相較于旋轉電機，具有傳動機構簡單、傳動誤差小、傳動效率高等優勢，在工業加工、軌道交通等諸多領域獲得越來越廣泛的重視與應用。

目前，直線電機正逐步被應用于軌道交通領域。已經投入使用的直線電機多為直線感應電機，直線感應電機結構比較簡單，造價相對低廉，但是工作效率低，且對氣隙的變化較為敏感。永磁直線電機相比于直線感應電機有著明顯的效率優勢。然而常規的直線電機，如中國授權發明專利CN201210027944.9提出的城市軌道交通用永磁游標直線電機，即將永磁體大規模沿軌道鋪設。上述兩種情況，無論是沿長軌道鋪設繞組還是鋪設永磁體，無疑都會極大地增加制造成本，在經濟上不具備可行性。

鑒于上述缺點，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，即繞組和永磁體均安置于電機定子一側，轉子由純鐵芯構成。普通的雙凸極電機，永磁體置于定子軛部，但是這種電機的功率密度較低，將其應用于軌道交通時其經濟效益不能滿足要求。中國授權發明專利CN200720037931.4提出一種將永磁體置于定子齒間的磁通切換雙凸極永磁旋轉電機，該種電機同樣具有轉子結構簡單、電機便于冷卻的優點，其衍生出的直線電機可以被應用于軌道交通領域。但磁通切換電機存在的問題是，當電機發生短路故障時，短路電流帶來的溫度升高將有可能導致永磁體不可逆退磁。

在諸如軌道交通等領域，往往要求載具具有高可靠性。因此，作為驅動的直線電機必須具有較好的容錯性能、較高的功率密度和較好的經濟性?，F有技術中永磁容錯直線電機雖然滿足了可靠性和容錯性，但是由于采用了降額設計等技術手段，往往伴隨著電機功率密度的下降，在要求低速大推力的軌道交通領域的應用因此受到制約?；诖琵X輪效應的永磁游標電機具有輸出轉矩大的特點，在低速大轉矩場合具有良好的應用前景。目前的永磁游標電機多采用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磁密達到飽和，降低永磁體使用率，進而降低電機的反電勢。另一方面，雙層繞組的相間耦合程度較高，當電機的一相發生故障，另外兩相正常的磁場將受到嚴重干擾，不利于電機的容錯運行。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術局限而提出一種高功率密度的容錯永磁游標直線電機結構。本發明通過電機初級模塊化的設計以削減端部效應給電機出力帶來的不利影響，從而獲得更為正弦分布的反電勢。同時模塊間的定位力相互抵消，有助于降低電機的推力波動。此外，各模塊的對稱結構提高了永磁體的利用率及每根導體的平均空載反電勢。另一方面，本發明避免使用傳統的增加容錯齒或者隔離齒的方法，能夠在不犧牲電機功率密度的情況下，保證電機的容錯性能。本發明提出的電機除可工作在三相條件下，還可作為六相電機運行。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種高功率密度的容錯永磁游標直線電機包括初級、次級和電樞繞組，初級的長度遠小于次級，并且初級與次級間存在氣隙；

初級上開槽形成齒槽結構，每相鄰三個電樞齒組成一個E形模塊，各模塊間隔為(k+1/s)τ_s，其中τ_s為次級極距，s為單元模塊數，且k,s均為正整數。電樞繞組集中纏繞于E形模塊的中間電樞齒，模塊的三個電樞齒的齒端均開虛槽，虛槽中嵌入永磁體陣列。次級開槽成梯形結構。

進一步，所述E形模塊中間齒的齒端開四個虛槽，左右電樞齒齒端各開兩個虛槽，各虛槽內嵌入的永磁體陣列尺寸和分布均相同。左右兩個電樞齒的形狀與中間電樞齒近似，但是寬度為中間電樞齒寬的1/2。左右電樞齒端部由于開槽而形成三個虛齒。端部寬度滿足W_L＝W_R＝1/2(W_M+W_VT)，W_L、W_R分別為左、右電樞齒端部寬度，W_M為中間電樞齒端部寬度，W_VT為虛齒寬。嵌入的永磁體陣列分布如下所述：陣列由三塊充磁角度不同的永磁體組成，位于陣列左側的第一永磁體充磁角度與水平線成-30°夾角，右側第三永磁體充磁角與水平線成-150°角，即與第一永磁體成鏡像對稱。位于陣列中間的第二永磁體豎直向下充磁。