[發明專利]磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機

在審

• 申請號: 202010721117.4
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111725969A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 裴瑞琳;高凌宇;張航;王彥琛
• 申請（專利權）人: 蘇州英磁新能源科技有限公司
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03;H02K1/02;H02K1/20;H02K3/04;H02K3/34;H02K3/28;H02N15/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;王凱

本發明公開了磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機，初級產生的行波磁場被次級切割所產生的電動勢及電流與氣隙磁場相作用產生直線向的推動力；初級包括初級線圈，次級包括超導線圈；多個初級線圈按磁場平行秩序而沿直線向列布置；初級鐵芯兩端各懸置有對應磁級的超導線圈；超導線圈隨推動力產生直線位移，使相鄰兩初級線圈與其各端部相對應的初級鐵磁根據磁場發生方向形成完整的磁力線閉合回路；兩端側的超導線圈固定于所述動子上，且動子與定子之間通過平行于所述初級線圈布置列向的磁懸浮結構來運動導向；磁懸浮結構包括：根據拓撲聚磁拓撲結構以海爾巴克陣列充磁方向拼接而成的軌道單元，與軌道單元形成電磁斥力懸浮的超導線圈。

技術領域

本發明涉及直線彈射電動機子系統，特別是磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機。

背景技術

磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機可以認為是旋轉電機在結構方面的一種變形，它可以看作是一臺旋轉電機沿其徑向剖開，然后拉平演變而成。

磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機與旋轉電機相比，主要有如下幾個特點：一是結構簡單，由于磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機不需要把旋轉運動變成直線運動的附加裝置，因而使得系統本身的結構大為簡化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運動的地方，磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機可以實現直接傳動，因而可以消除中間環節所帶來的各種定位誤差，故定位精度高，如采用微機控制，則還可以大大地提高整個系統的定位精度；三是反應速度快、靈敏度高，隨動性好；四是工作安全可靠、壽命長。

一般的，磁懸浮驅動及導向的無槽有鐵芯平板直線電機可以根據動子形狀分為圓柱形磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機、U型槽式磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機、平板式磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機。其中，平板式磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機又可細分為：無槽無鐵芯平板電機、無槽有鐵芯平板電機及有槽有鐵芯平板電機。

其中，無槽有鐵芯平板電機除了將鐵芯安裝在鋼疊片結構然后再安裝到鋁背板或其他不導磁的結構材料，如奧氏體不銹鋼等上，鐵疊片結構也用在指引磁場和增加推力。憑借鐵芯材料較大的相對磁導率，可有效增加鐵芯內部及氣隙中的磁場目睹，增加磁軌和動子之間的吸力，并和電機產生的推力成正比，疊片結構導致接頭力產生，因此，無槽有鐵芯比無槽無鐵芯電機有更大的推力。

例如中國發明專利《雙定子無動子軛有取向硅鋼片永磁磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機》，申請號為2017113908761，公開了一種U形雙定子結構的磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機。其動子線圈在推動力下沿著導軌產生直線位移。雖然該方案能夠提高磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機單位體積下推力密度，但是由于此專利中動子由取向硅鋼片疊壓成鐵芯塊，然后纏繞銅線制成，導致動子質量較大，動子質量大小將會直接影響推力對動子的作用效果。而且此專利動子線圈需要與電源連結以保證電流的通入，在特定的往復運動的應用工況中可以較好的應用，但在本專利所描述的用于電磁彈射的長定子直線電機中，將會由于動子與電源接線問題而增加不必要的加工難度。以動子線圈進行的推力位移會增加結構負重及控制難度，尤其是對于高精密控制應用場景中，動子線圈的位移慣性較大，不僅對于電機控制，而且對于運行精度都會帶來較大的影響。

發明內容

本發明目的是：提供磁懸浮導向的無槽有鐵芯平板直線電機，解決了定子線圈位移的諸多難題，同時解決了整體結構復雜且運行效率不高的問題。

本專利所涉的無槽長定子直線電機應用于電磁彈射系統，需將0.2-20噸的無人機或艦載機加速至末速度≥28.2m/s，因此運動部件應越輕越好。本專利的優勢主要在于通過直流超導線圈通入恒直流電以產生遠高于永磁體的穩定磁場，并增加氣隙寬度以降低短次級產生的端部效應；同時采用U形雙次級結構以抵消電動機法向吸力以保證系統魯棒性；另外，采用雙邊永磁同步直線電機還可以提供近似單邊直線電機兩倍的推力以產生更大的推力密度。