[發明專利]提高直線磁場調制電機功率因數的方法

有效

• 申請號: 202011540909.8
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112636557B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 劉曉;王雨桐;崔鶴松;黃守道;胡芳
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03;H02K1/27;H02K1/16;H02K3/04
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 周春雨

本發明屬于電機領域，公開了一種提高直線磁場調制電機功率因數的方法，通過設置Halbach永磁陣列、采用最優的槽極組合、減小繞線槽的開口和調整調磁塊的形狀等方法減小電機的繞組系數和降低氣隙磁密的諧波含量，以減小電機的q軸電感，進而提高電機的功率因素。采用本發明的方法能夠以極小的成本優選地提高電機的功率因數。

技術領域

本發明涉及直線電機，具體地，涉及一種提高直線磁場調制電機功率因數的方法。

背景技術

直線磁場調制電機是一種結合了磁齒輪電機結構原理的直線電機。直線電機由于消除了中間傳動而被應用于直線運動中，以提高直線運動系統的效率和可靠性，其具有推力密度大、效率高、結構簡單、動態響應快和定位精度高的優點，在機器人、精密機床、直線平臺和工廠自動化等領域得到了廣泛的應用。

相比于直線磁場調制，傳統直線電機相對較低的成本效率是長行程應用的一大障礙，但直線磁場調制電機的功率因數較低，限制了直線磁場調制電機的應用。現有提高直線磁場調制電機功率因數的方法通常采用雙側定轉子結構，但該結構不利于長行程應用，并且增加了電機的成本和結構復雜性。

如何有效地提高直線磁場調制電機功率因數成了本領域亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種提高直線磁場調制電機功率因數的方法，能夠以較低的成本提高直線磁場調制電機功率因數。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種提高直線磁場調制電機功率因數的方法，通過減小電機的繞組系數和降低電機氣隙磁密的諧波含量來減小電機的q軸電感，進而提高電機的功率因數。

優選地，將電機永磁定子的永磁體設置為Halbach永磁陣列，以使氣隙磁密更接近正弦，從而降低所述氣隙磁密的諧波含量。通過該優選技術方案，能夠有效提高氣隙側的磁場強度，使得相鄰永磁體間的充磁方向的跳變更小，降低氣隙磁密的諧波含量。

進一步優選地，將所述Halbach永磁陣列的永磁比設置為0.1-0.9。在該優選技術方案中，Halbach永磁陣列的永磁比為法向永磁體長度與永磁體極距的比值。Halbach永磁陣列的永磁比與氣隙磁密的諧波含量具有明顯的相關性，通過設置合理的永磁比，能夠降低氣隙磁密的諧波含量，提高直線磁場調制電機功率因數。

優選地，通過將電機繞組的槽數設置為12槽，將電機的等效電樞繞組的極對數設置為1對、2對或者4對來減小所述繞組系數。在該優選技術方案中，電機繞組的槽數、等效電樞繞組的極對數及其配合，均對繞組系數形成影響，通過優化電機繞組的槽極組合來減小電機的繞組系數。

進一步優選地，通過將永磁體極對數設置在14對至17對之間來減小所述繞組系數。在該優選技術方案中，在電機有效長度不變的前提下，永磁體極對數的大小可以改變磁通密度。較小的永磁體極對數，會增加永磁體與調磁塊之間的漏磁；較大的永磁體極對數，則會增加永磁體間的漏磁。選擇適當的永磁體極對數，有助于減小漏磁，減小氣隙磁密諧波含量。

進一步地，將所述等效電樞繞組的極對數設置為2對，所述永磁體極對數設置為17對。通過該優選技術方案，電機永磁體的磁漏更小，電機磁場分布更均勻，能夠更好地降低氣隙磁密諧波含量。

優選地，通過采用半口槽形式的繞線槽來降低所述氣隙磁密的諧波含量。通過該優選技術方案，將直線磁場調制電機的定子槽由傳統的開口槽更改為半口槽，槽口減小，磁通可通過的路徑面積增加，從而使磁通量增加，提高了氣隙的導磁率；氣隙磁密分布更均勻，降低了氣隙磁密的諧波含量。

進一步優選地，所述半口槽的槽口寬度為槽體寬度的83-93%。在該優選技術方案中，通過設置合理的槽口寬度，使得直線磁場調制電機的功率因數和平均推力均處于較優的狀態。