[發(fā)明專利]一種交直流直線永磁電機(jī)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811205536.1
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN111049354A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章憲;莊卉;呂明
• 申請（專利權(quán)）人: 章憲
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;H02K41/035
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種交直流直線永磁電機(jī)，包括定子、動(dòng)子和軌道支撐輪基體以及外接控制器電源叁大部份組成，所述定子硅鋼磁芯有線槽和相同的若干線圈繞組，磁芯上有凹槽，凹槽中安裝定子永磁體，凹槽有封閉口和開口二種類型，相互疊壓成定子?xùn)艡跔畲判荆龆ㄗ泳€圈單元，由二個(gè)磁芯中凹槽安裝的定子永磁體和兩個(gè)相同的線圈組成，若干相同的線圈單元組成三相定子線圈；所述動(dòng)子包括動(dòng)子硅鋼磁芯，閉合鼠籠和永磁體及動(dòng)子結(jié)構(gòu)基體，控制器輸出三相具有相同的正反正弦波或修正波脈沖半波直流電源，本發(fā)明是綠色環(huán)保，節(jié)能安全，易于智能化，使用成本低，可在無空氣環(huán)境中長期穩(wěn)定工作，其廣泛用于軍民各種動(dòng)力設(shè)備，具有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及將電磁能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，沒有中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置的一種交直流直線永磁電機(jī)，具體涉及一種交流永磁電機(jī)，屬于特種電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，市面上常見的大功率直線電機(jī)的定子初級線圈通電運(yùn)作會(huì)產(chǎn)生大量熱量，是浪費(fèi)和消耗電能的主要源頭，經(jīng)常會(huì)發(fā)生過熱燒毀繞組的不安全事故，因此需繼續(xù)進(jìn)一步研究降溫節(jié)電的方案，確保直線電機(jī)更加高效安全，針對上述問題，依據(jù)已經(jīng)批準(zhǔn)的專利號ZL201720376551.7交流永磁電機(jī)以及另一項(xiàng)專利一種交流永磁電機(jī)制造的方法，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一種新型特種電機(jī)裝置，一種交直流直線永磁電機(jī)，能夠顯著節(jié)能降溫達(dá)到比市場現(xiàn)有直線電機(jī)更高的效率，由于一種交直流直線永磁電機(jī)系統(tǒng)中輸入電源同時(shí)具有交流和直流成份特征，更易于實(shí)現(xiàn)智能化，可對直線電機(jī)這類特種電機(jī)品種的進(jìn)一步豐富和對相關(guān)動(dòng)力機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域起到更新?lián)Q代的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對上述存在的問題提供一種節(jié)能降溫、綠色安全、結(jié)構(gòu)新穎、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠的一種交直流直線永磁電機(jī)系統(tǒng)，采用在定子初級線圈中的硅鋼疊壓片磁芯內(nèi)安裝有永磁鐵，并將傳統(tǒng)電機(jī)的每相單只交流線圈設(shè)計(jì)制作成二個(gè)單獨(dú)的直流線圈，一個(gè)單獨(dú)的直流線圈限定直接通入全波整流中的正向脈沖直流電，另一個(gè)單獨(dú)的直流線圈限定直接通入全波整流中的另外半幅負(fù)向脈沖直流電，這樣二個(gè)單獨(dú)的直流線圈一個(gè)通電，另一個(gè)則處于斷電狀態(tài)，二者相互交替運(yùn)行，直流線圈硅鋼磁芯凹槽中安裝的永鐵鐵表面極性與直流線圈電磁場極性相同，通電產(chǎn)生的脈沖電磁場與永磁鐵恒磁場疊加形成動(dòng)態(tài)脈沖新的復(fù)合磁場，這兩個(gè)直流線圈的表面磁極性是相反的，在供電頻率的影響變換作用中，正、負(fù)復(fù)合磁場的頻繁有規(guī)律的輪流交換，通過氣隙與次級動(dòng)子上的永磁場形成復(fù)合行波磁場磁鏈和推動(dòng)力矩，次級動(dòng)子持續(xù)在軌道基體上運(yùn)動(dòng)對外輸出機(jī)械能；采用三相交流電源經(jīng)過全波整流分別接入定子初級線圈中各個(gè)相對應(yīng)的接線端，在氣隙位置產(chǎn)生的復(fù)合行波磁場是一種波動(dòng)的脈沖磁場，在三相差位角狀況下復(fù)合行波磁場具有運(yùn)動(dòng)磁場特點(diǎn)，讓次級動(dòng)子上的金屬鼠籠框架受動(dòng)態(tài)行波磁場切割下，感應(yīng)出電動(dòng)勢并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的復(fù)合行波磁場相互作用而產(chǎn)生電磁推力運(yùn)動(dòng)，且決定運(yùn)行方向，動(dòng)子上還有若干永磁鐵組合同時(shí)受定子復(fù)合行波磁場作用產(chǎn)生推力而運(yùn)動(dòng)，或者電源采用蓄電池組經(jīng)過逆變脈沖整流分別接入定子初級線圈中各個(gè)相對應(yīng)的接線端，再加入50HZ可調(diào)頻率和120度差位角產(chǎn)生行波磁場使得動(dòng)子運(yùn)動(dòng)做功，頻率和差位角是設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)的，對于大功率一種交直流直線永磁電機(jī)宜采用短初級長次級為主要型式；創(chuàng)新改進(jìn)內(nèi)容是：本發(fā)明由一種交直流直線永磁電機(jī)，包括，定子、動(dòng)子和軌道支撐輪基體以及外接的控制器電源叁大部份組成，定子的硅鋼疊壓片磁芯上有若干線槽，磁芯內(nèi)開有相同的凹槽，線槽內(nèi)嵌入相同的初級繞組線圈，每單相緊鄰的二個(gè)相同線圈凹槽磁芯中間僅相隔一個(gè)線槽口的距離，相鄰凹槽內(nèi)安裝的永磁鐵表面磁極性相異，每單相緊鄰的二個(gè)線圈一個(gè)通入正向脈沖直電流電，另一個(gè)通入反向脈沖直流電，這樣兩個(gè)線圈中各自產(chǎn)生的電磁場極性也相反，二個(gè)線圈中安裝的永磁鐵極性與該直流線圈電磁場極性必須相同，且每只永磁鐵的外形尺寸和磁性參數(shù)也基本相同，這樣每只線圈電磁場極性與永磁場極性因同極性產(chǎn)生的新的復(fù)合磁場因磁場相加原理而增強(qiáng)，這個(gè)復(fù)合磁場比原有單一磁場不僅得到加強(qiáng)，同時(shí)電磁場還對永磁鐵有充磁保護(hù)作用，永磁鐵不會(huì)被消磁，定子的硅鋼疊壓片磁芯上每單相緊鄰的二個(gè)分別通入正反電流的相同線圈的三個(gè)線槽的形狀不同，兩個(gè)凹槽中間是一個(gè)完整的線槽形狀，完整線槽的入線口徑較長，主要原因是讓出磁芯位置給兩邊的凹槽，使兩個(gè)直流線圈的磁芯位置尺寸盡量靠近，有利于這兩個(gè)電磁場在瞬間切換時(shí)減小脈寬，另外兩邊的線槽的形狀都是半個(gè)線槽，兩個(gè)線圈都要嵌裝在中間的完整線槽內(nèi)，是雙層繞組，而另外兩邊的線槽中嵌裝一個(gè)線圈的單邊，是單層繞組，由若干組這樣的分別通入正向或者反向電流的二只相同線圈及磁芯組合構(gòu)成線圈單元，由2N個(gè)相同的線圈單元構(gòu)成相同的相線圈，每三組相同的相序線圈構(gòu)成一個(gè)A十、B十、C十和A-、B-、C-和O線，這種正反相對組合的定子三相線圈，以及若干整數(shù)倍的相同線圈構(gòu)成一種交直流直線永磁電機(jī)完整的定子初級線圈，通電就在氣隙產(chǎn)生復(fù)合行波磁場，相似于三相交流電產(chǎn)生的復(fù)合旋轉(zhuǎn)磁場，定子初級線圈分別嵌入定子硅鋼疊壓片成型的磁芯線槽內(nèi)，線圈嵌入方式有雙層及單層或多層，每個(gè)定子磁芯凹槽內(nèi)安裝若干塊同極性的永磁鐵，相鄰線圈磁芯中安裝的永磁鐵極性相反，硅鋼片單片加工出的凹槽分別有二種形狀，一種是開口凹槽，另一種是封閉口凹槽，由這兩種不同的凹槽交替疊壓后的磁芯表面呈現(xiàn)柵欄空芯狀，使凹槽內(nèi)安裝的永磁鐵有明顯的縫隙交替外露出來，外露面積大于二分之一永磁鐵單極面積，調(diào)節(jié)磁芯表面的柵欄空芯狀空芯與實(shí)芯尺寸比例，能夠影響到氣隙的復(fù)合行波磁場狀況，定子各組初級線圈參數(shù)是完全相同的，丫星形接法，出線是三相一零的方式，一根零線共7根出線，或者單相出線5根，三根相線A、B、C電位角差120度或60度，頻率20-1000Hz分段便于調(diào)速，出線頭相互之間不能互換，因?yàn)檩斎氲陌氩娏鲗儆谥绷麟娏魈卣鳎姓礃O之區(qū)分，接錯(cuò)則被燒毀！接頭調(diào)換時(shí)應(yīng)以該相序的正反二個(gè)接頭A十及A-同時(shí)與另一相序B十及B-調(diào)換，或者與C十及C-調(diào)換，可以改變動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向；若干定子組裝模塊安裝在定子基體表面兩條軌道中部，若干定子組裝模塊的表面與安裝在動(dòng)子結(jié)構(gòu)基體上的若干永磁鐵表面始終保持有氣隙，基體由鋼材或鋼筋混凝土或特殊復(fù)合材質(zhì)的材料構(gòu)成，軌道安裝在定子基體表面兩側(cè)，定子組裝模塊可以單獨(dú)安裝或者多塊有序排列安裝在定子基體表面；動(dòng)子結(jié)構(gòu)基體上安裝有支撐輪或滑塊組合體與軌道始終處于動(dòng)態(tài)配合關(guān)系，二者的動(dòng)態(tài)配合關(guān)系是機(jī)械配合或亞磁懸浮配合；定子組裝模塊三相初級線圈的出線有7根以上的接線；動(dòng)子結(jié)構(gòu)基體中安置耦合變壓器與鼠籠金屬導(dǎo)條構(gòu)成感應(yīng)電源，在運(yùn)行狀態(tài)下感應(yīng)產(chǎn)生的電壓電流提供給動(dòng)子結(jié)構(gòu)基體中的設(shè)備使用，與備用蓄電池組構(gòu)成動(dòng)子結(jié)構(gòu)基體中的電源；如果初級固定，則次級在軌道上做直線運(yùn)動(dòng)，反之，則次級做直線運(yùn)動(dòng)；一種交直流直線永磁電機(jī)的電源由控制器輸入，控制器按供給電源及配置分別有若干系列產(chǎn)品，供給控制器的電源分為電廠的三相電源或者蓄電池直流電源或太陽能電池等多種電源，輸入的是三相交流電源直接接入匹配的控制器經(jīng)整流后輸出，輸入的電源是直流電需先通過逆變器，然后再輸入控制器經(jīng)整流后輸出，控制器中整流的主要基本電路是三相全波整流電路，產(chǎn)生三相正弦脈沖半波直流電，根據(jù)需要的電源電壓、電流、功率不同要求，三相全波整流基本電路中的電子元器件及電路相應(yīng)做出調(diào)整，形成控制器的不同系列產(chǎn)品；為提高供電質(zhì)量控制器在整流過程中還需經(jīng)過控制邏輯、直線編碼、變頻調(diào)頻、脈寬調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓穩(wěn)流、電熱調(diào)節(jié)、智控電路調(diào)節(jié)、5G技術(shù)以及超級電容器充放電路切換開關(guān)等組成控制中心集成器，配置的適當(dāng)容量超級電容器對瞬時(shí)提高定子直流線圈的電磁場強(qiáng)度作用很大，能直接影響到動(dòng)子的瞬時(shí)輸出功率，由于輸入電源系統(tǒng)中同時(shí)有交流和直流電的成份，易于各種類智能化的控制，控制器上留有若干聯(lián)接智控電路調(diào)節(jié)插座，將分別具有上半波形和下半波形的半個(gè)正弦波或修正波脈沖電流，分開分別供給一種交直流直線永磁電機(jī)定子初級線圈中的兩大組合成對的線圈，在每單相緊鄰的兩只通電線圈單元表面，一個(gè)產(chǎn)生出N極電磁場與安裝在凹槽內(nèi)的N極永磁鐵磁場形成新的N極復(fù)合磁場，而另一個(gè)產(chǎn)生出S極電磁場與安裝在凹槽內(nèi)的S極永磁鐵磁場形成新的S極復(fù)合磁場，同時(shí)通電的這兩組成對的線圈單元脈沖電流相差兀周期的正弦半波綜合形成一個(gè)完整的單相正弦波或修正波脈沖磁動(dòng)勢，當(dāng)按120度電位角差的電流通入，綜合形成一組相似于三相正弦波電流或者一組完整的修正波復(fù)合電磁場，也就產(chǎn)生出復(fù)合行波磁場；動(dòng)子的硅鋼疊壓片上有由銅材或鋁材構(gòu)成鼠籠結(jié)構(gòu)閉合電路，在鼠籠條間隔的動(dòng)子硅鋼疊壓片上開有凹槽，凹槽表面形狀有兩個(gè)護(hù)角，有利于永磁鐵的安裝穩(wěn)固，凹槽中安裝下陷式永磁鐵，永磁鐵因動(dòng)子有傾斜角度也有傾斜角度，每個(gè)凹槽的寬度大于定子上相緊鄰的兩個(gè)磁芯的外包尺寸1-1.2倍，鼠籠條和凹槽具有傾斜角在1/8槽至1槽范圍內(nèi)，定、動(dòng)子槽數(shù)比采用常規(guī)交流電機(jī)的設(shè)計(jì)，動(dòng)子上的閉合鼠籠條因切割旋轉(zhuǎn)磁力線產(chǎn)生力矩推動(dòng)動(dòng)子朝同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，能夠決定零啟動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方向，動(dòng)子上的永磁鐵同時(shí)也受到定子復(fù)合行波磁場的作用推動(dòng)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)，或者動(dòng)子鋼板上僅裝有永磁鐵采取直接膠固的下陷方式；動(dòng)子是整機(jī)中的結(jié)構(gòu)部件，應(yīng)用在不同的項(xiàng)目產(chǎn)品上形狀和功能是完全不同的；一種交直流直線永磁電機(jī)定子硅鋼片的槽數(shù)為6的N整數(shù)倍以此類推；為了散熱，特別是大功率導(dǎo)線應(yīng)采用超導(dǎo)材料配套系統(tǒng)，以及采用納米材料；定子初級線圈繞組的若干引出線接線端頭是預(yù)先按設(shè)計(jì)要求接到6個(gè)火線插桿和1個(gè)零線插桿共7個(gè)插桿的專用插頭上，使用時(shí)將專用插頭插到與之相配套的專用插座上，專用插頭的金屬桿的數(shù)量及斷面形狀尺寸與專用插座孔眼完全一致，控制器的電源輸出線接到6個(gè)火線插孔和1個(gè)零線插孔共7個(gè)插孔的專用插座上，這樣不但使用方便而且安全可靠；總結(jié)：要求控制器輸出若干組脈沖正弦半波直流電供給定子初級線圈，在若干組定子初級線圈中綜合有序地形成三相交流的電磁場波形特征形式，在氣隙處形成有規(guī)律的行波運(yùn)動(dòng)磁鏈磁場，讓動(dòng)子受力矩有序運(yùn)動(dòng)輸出功率。