[發明專利]兩種永磁體交互排列的圓筒型直線電機

在審

• 申請號: 201710321164.8
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106961204A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 徐奇偉;孫靜;楊云;趙蒙;蔣小彪;羅驍梟;李蕾玉;石玉林
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03;H02K1/02
• 代理公司: 重慶大學專利中心50201
• 代理人: 唐開平

技術領域

本發明屬于直線電機領域，具體涉及一種圓筒型直線電機。

背景技術

圓筒型直線電機作為一種具有高轉矩密度的特種電機，在低速大轉矩、直接驅動等領域具有廣闊的發展前景。高力密度、高可靠性要求一直是直線電機運動系統研究和開發的重點。“圓筒型橫向磁通永磁直線電機的研究基礎”，趙玫等，電工技術學報，第29卷增刊1，第81頁，2014年記載有：

直線電機作為直線運動中的核心部件，省去了復雜的機械轉換裝置，使得整個系統結構簡單、運行可靠，提高了系統的響應能力和控制精度。但是現有直線電機中的磁通所經過的齒和繞組所在的槽在同一截面上，其大小相互制約，不能實現電負荷與磁負荷的解耦，因此，現有直線電機的力密度從根本上難以得到提高。因此，在某些領域仍然采用旋轉電機配合滾珠絲杠的方式，導致傳動系統傳遞效率低，磨損和噪聲大等缺點。

發明內容

針對現有直線電機存在的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種兩種永磁體交互排列的圓筒型直線電機，它能簡化結構，提高電機運行的效率和功率因數，并降低振動和噪聲。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括圓筒型初級鐵心、三相餅式繞組和動子，圓筒型初級鐵心內表面均勻布設有一列圓形環槽，圓形環槽內嵌有三相餅式繞組；圓筒型初級鐵心由圓環形的硅鋼薄片沿軸向疊裝組成，動子包括鐵氧體永磁環、釹鐵硼永磁環、次級鐵芯和直線軸，鐵氧體永磁環與釹鐵硼永磁環由次級鐵芯間隔交互排列，并固定套裝在直線軸上，動子同軸滑動安裝在圓筒型初級鐵心內腔中，與圓筒型初級鐵心內表面之間留有間隙。

本發明的技術效果是：

1、本發明動子的永磁環分別采用釹鐵硼永磁材料和鐵氧體永磁材料。釹鐵硼屬于稀土永磁材料，具有相當優良的磁特性，其擁有高剩磁力和高矯頑力，磁能體積比為永磁材料最大，在減小電機體積和重量的同時可顯著增加電機出力，大大提高直線電機的力密度；但釹鐵硼永磁環在高溫下磁性能會有所損失，本發明同時采用鐵氧體永磁環，構成兩種永磁體交錯排列的結構。鐵氧體永磁環的熱性能高于釹鐵硼永磁環，可以彌補釹鐵硼永磁環在高溫下的退磁現象，在高溫環境下也可以有效提高輸出力密度，提高電機運行的效率和功率因數。

2、本發明動子采用兩種永磁體交錯排列的結構，兼顧兩種高性能永磁體的優點。釹鐵硼永磁材料具有較高的磁動勢和氣隙磁通密度，其去磁曲線為直線，可有效改善傳統直線電機的輸出力密度和功率因數，使其具有穩定的工作點；鐵氧體永磁環的空載氣隙磁場很低，異步啟動過程中的永磁制動轉矩比較小，同步過程相對容易，可以彌補釹鐵硼永磁環制動轉矩大的缺點，而使本發明可以帶動較大慣量負載起動。

3、本發明直接產生直線運動，減小了旋轉電機中由于機械傳動產生的磨損、振動和噪聲，提高了運行效率；采用兩種永磁環勵磁代替電勵磁，電氣控制簡便、提高了傳遞效率，在發生劇烈加速或減速時，由于釹鐵硼永磁材料性能穩定，可以使本發明運行可靠，適用于高速運行等特殊場合；鐵氧體永磁材料的價格低于釹鐵硼永磁材料，提高起動轉矩性能、輸出力密度、氣隙磁通密度的同時，又降低了制造成本，擴大了本發明的應用范圍。

所以，本發明具有磁密度高、啟動性好、耐高溫、低成本的優點。

附圖說明

本發明的附圖說明如下：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1中A-A剖視圖；

圖3為圖1中B-B示意圖；

圖4為圖1中C-C剖視圖；

圖5為內徑不同的兩種硅鋼薄片的結構示意圖。

圖中：1. 圓筒型初級鐵心；11. 硅鋼薄片；12. 切割線槽；2. 三相餅式繞組；3.動子；31.鐵氧體永磁環；32. 釹鐵硼永磁環；33. 次級鐵芯；34. 直線軸。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明包括圓筒型初級鐵心1、三相餅式繞組2和動子3，圓筒型初級鐵心1內表面均勻布設有一列圓形環槽，圓形環槽內嵌有三相餅式繞組2；圓筒型初級鐵心1由圓環形的硅鋼薄片11沿軸向疊裝組成，動子3包括鐵氧體永磁環31、釹鐵硼永磁環32、次級鐵芯33和直線軸34，鐵氧體永磁環31與釹鐵硼永磁環32由次級鐵芯33間隔交互排列，并固定套裝在直線軸34上，動子3同軸滑動安裝在圓筒型初級鐵心1內腔中，與圓筒型初級鐵心1內表面之間留有間隙L。

如圖5所示，硅鋼薄片11上開有多條切割線槽12，以破環渦流的通路，減少渦流損耗。硅鋼薄片的疊片之間用膠粘結。

本發明的工作原理：當三相餅式繞組2通入隨時間變化的三相交流電源時，便在氣隙L中產生沿直線運動的行波磁場，與動子3上永磁環產生的磁場作用產生電磁力，推動動子3的直線軸34運動。改變三相電源的相序以改變動子的運動方向。