新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機制造技術

新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機是一種具有高功率密度的高性能直接驅(qū)動的橫向磁通電機，該電機包括定子（S）和動子（M），具有垂直于磁回路平面的動子運動方向，在同一個電樞上整合兩組定子鐵心使其結構更加緊湊，空間利用率顯著提高。此設計可以有效地提高電機的轉(zhuǎn)矩密度，降低定、動子的制造難度。該電機電磁結構解耦的特征易于構建多相電機并可以缺相運行，只需將多個相同的定動子結構沿橫向并排即可，因此該電機適用于軌道車輛電力牽引領域。

A new type of double stator stator transverse flux permanent magnet linear motor

A new double stator Omega type transverse flux permanent magnet linear motor is a high performance transverse flux motor with high power density directly driven by the motor comprises a stator (S) and the promoter (M), which is perpendicular to the plane of the rotor magnetic circuit in the same direction, the armature integration of two groups the stator core make the structure more compact, the space utilization rate increased significantly. This design can effectively improve the torque density of the motor and reduce the manufacturing difficulty of the stator and actuator. The characteristics of the electromagnetic decoupling structure easy to construct multi phase motor and can phase deficient operation of a plurality of the same set can sub structure along the lateral side by side, so the motor for rail vehicle traction field.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機
本專利技術屬于橫向磁通電機領域，具體涉及一種雙Ω型定子鐵心錯列結構的新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機。
技術介紹
隨著社會的迅速發(fā)展，城市規(guī)模急劇膨脹，環(huán)境壓力愈來愈嚴重，軌道車輛日漸成為公共交通的主流。作為軌道車輛核心裝備的牽引電機，其電氣和機械性能直接關系著系統(tǒng)效率及系統(tǒng)可靠性。同時，采用低速永磁直驅(qū)電機是未來軌道系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢，其高效率、高可靠性、長壽命、低噪音、低運行維護成本等諸多優(yōu)點逐漸凸現(xiàn)。因此，業(yè)界關注的重點是新結構、大型化、高效率和高可靠性的新型直線電機研發(fā)，以此提高能量利用水平和車輛牽引技術升級。橫向磁通永磁電機（TransverseFluxPermanentMagnetMotor，TFPMM）的多極數(shù)的特點在低速永磁直驅(qū)式電機的選擇上具有明顯的優(yōu)勢，對該電機的研究結果均表明隨著極數(shù)的增加，轉(zhuǎn)矩密度將顯著增大，完全滿足低速直驅(qū)的要求。因此，新型橫向磁通永磁電機的研發(fā)對我國城市軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟價值，有望成長為軌道交通電氣牽引設備領域新的亮點。傳統(tǒng)徑向磁場電機的氣隙磁通方向是徑向的，其旋轉(zhuǎn)方向平行于磁通所在平面；軸向磁場電機的氣隙磁通方向是軸向的，其旋轉(zhuǎn)方向亦平行于磁通所在平面。由電機學理論可知：當電機結構一定時，電機輸出轉(zhuǎn)矩正比于鐵心截面面積和繞組截面積。傳統(tǒng)徑向電機定子槽與定子齒在同一平面內(nèi)，增加槽面積與增加齒寬相互矛盾、相互制約，軸向磁場電機亦如此。然而，對于橫向磁通永磁電機來說，電機的旋轉(zhuǎn)方向則垂直于磁通所在平面，因此稱作“橫向磁通”。該電機定子鐵心由硅鋼片疊制且相鄰定子鐵心間隔一個極距，動子鐵心上相鄰永磁體極性相反，電樞繞組則嵌入定子鐵心槽內(nèi)。橫向磁通永磁電機的最突出特點是其電樞繞組與主磁路在結構上完全解耦，巧妙避開了傳統(tǒng)徑向和軸向電機內(nèi)鐵心和電樞截面相互制約這一重大缺陷，可以根據(jù)需要獨立調(diào)整線圈截面積和磁路尺寸來確定電機的電、磁負荷，獲得更高的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。因此，橫向磁通永磁電機的功率密度較高，通常約為傳統(tǒng)徑向永磁電機的2~3倍，完全契合軌道交通電氣牽引系統(tǒng)對低速大轉(zhuǎn)矩的要求。不同于傳統(tǒng)直線電機的電流方向同運動方向垂直，主磁路中的閉合磁力線所在平面與電機運動平面平行，橫向磁通永磁電機的電流方向與運動方向平行，橫向磁通永磁電機主磁路的磁力線所在的平面垂直于電機運動平面。橫向磁通永磁電機的結構復雜，內(nèi)部磁場呈復雜的三維分布，是一個典型的三維場。橫向磁通永磁電機獲得的轉(zhuǎn)矩密度都是傳統(tǒng)結構電機的幾倍，而且直徑較大的橫向磁通永磁電機可以獲得較大的轉(zhuǎn)矩密度。國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果表明橫向磁通永磁電機是一種合理應用新型永磁材料，合理巧妙設計電機定動子結構，實現(xiàn)磁通橫向運行的一種新型結構電機，是對傳統(tǒng)永磁電機在思維方式和設計理念兩方面的突破。根據(jù)電機原理，一定功率前提下要減小電機直徑、體積和重量，就必須增大電磁力。電磁力正比于磁通量和電流，傳統(tǒng)徑向磁通和軸向磁通電機中，導向磁通的鐵心和傳導電流的導線處于同一平面內(nèi)，在電機直徑一定的情況下，增加鐵心面積和增大導體截面積相互矛盾。橫向磁通電機（TransverseFluxMotor-TFM）解決了這個問題，其電樞繞組與主磁路在結構上完全解耦，因此可以根據(jù)需要獨立調(diào)整線圈截面積和磁路尺寸來確定電機的電、磁負荷，獲得更高的轉(zhuǎn)矩密度。近年來，雖然國內(nèi)外眾多研究機構對橫向磁通電機開展了大量的研究工作，但是還存在一些問題亟待改進和解決?，F(xiàn)有的橫向磁通永磁電機只限于定子鐵心沿徑向或者軸向單側開口，構成單相電機。定子鐵心間隔一個極距排列，轉(zhuǎn)子極數(shù)是定子極數(shù)的兩倍，空間利用率較低且漏磁嚴重，轉(zhuǎn)矩密度還有很大的提升空間。在同一個電樞上整合兩組錯列型式的Ω型定子鐵心使電機結構更加緊湊，因此設計此款新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種直線型式、高功率密度和高轉(zhuǎn)矩密度的新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機，以改善現(xiàn)有橫向磁通永磁直線電機普遍存在的材料和空間利用率低且漏磁嚴重等亟待解決的問題。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機，其特征在于，包括定子和動子；所述定子包括Ω型定子鐵心組、電樞繞組和非導磁材料定子基座，所述動子包括動子鐵心、永磁體和非導磁材料動子支架；所述Ω型定子鐵心組包括開口方向相反的多個下開口定子鐵心和多個上開口定子鐵心，下開口定子鐵心和上開口定子鐵心安裝在非導磁材料定子基座內(nèi)部，下開口定子鐵心和上開口定子鐵心在動子運動的前后方向上均勻地間隔錯列放置，多個下開口定子鐵心和多個上開口定子鐵心共用一個放置在定子鐵心槽內(nèi)的電樞繞組；所述動子鐵心和永磁體安裝在非導磁材料動子支架內(nèi)，左右兩側動子鐵心分別與下開口定子鐵心和上開口定子鐵心的齒部對應，同一左/右側相鄰的動子鐵心之間嵌入一塊永磁體；所述非導磁材料動子支架通過軸承與非導磁材料定子基座相連。為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括：相鄰的下開口定子鐵心間隔兩倍極距，相鄰的上開口定子鐵心間隔兩倍極距。同一下開口定子鐵心的兩側齒部所對應的兩塊動子鐵心的磁極方向相反，同一上開口定子鐵心的兩側齒部所對應的兩塊動子鐵心的磁極方向相反。所述永磁體包括結構相同且磁極方向相反的第一永磁體和第二永磁體；第一永磁體和第二永磁體成對布置在Ω型定子鐵心組的左右兩側，左右位置相對的兩塊永磁體磁極方向相反；在動子運動方向上，第一永磁體和第二永磁體交替布置在每塊動子鐵心的前后兩側。所述下開口定子鐵心和上開口定子鐵心尺寸相同，均由硅鋼片疊制。所述永磁體采用釹鐵硼材料。所述非導磁材料動子支架采用鋼材制造。本專利技術的有益效果是：1、在同一個電樞上整合兩組定子鐵心，結構更加緊湊，比傳統(tǒng)單邊定子和雙邊定子機型空間利用率顯著提高，能夠提高效率和功率密度；2、電機的繞組與磁路在結構上完全解耦，能夠獨立調(diào)整線圈截面積和磁路尺寸來獲得更高的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度；3、電機的雙Ω型定子鐵心由硅鋼片疊制，同時動子具有聚磁特征，集中繞組避免了傳統(tǒng)電機固有的端部效應，該結構同樣具有電磁結構解耦的特征，易于構建多相電機，由于各相磁路相互獨立，多相電機可以缺相運行；4、電機相鄰動子鐵心之間分別嵌有一對永磁體，由于采用集中繞組，且繞組與定子極在空間上獨立，此結構顯著提高橫向磁通的空間利用率，大大提高了電機的轉(zhuǎn)矩密度；5、電機的各定子鐵心尺寸和各動子鐵心尺寸分別相同且都可用硅鋼片疊制而成，永磁體尺寸也相同，加工制造簡單，由于鐵心均采用硅鋼片疊制，可以有效地減少電機的漏磁通，從而可以提高電機的功率因數(shù)。附圖說明圖1是本專利技術的整體結構示意圖。圖2是本專利技術的剖視圖。圖3是本專利技術一對極磁通原理示意圖。圖4是本專利技術兩側的動子結構示意圖。附圖標記如下：下開口定子鐵心S11，上開口定子鐵心S12，電樞繞組S2，動子鐵心M3，第一永磁體M41、M42'，第二永磁體M41'、M42，非導磁材料動子支架M5。具體實施方式現(xiàn)在結合附圖對本專利技術作進一步詳細的說明。如圖1和圖2所示，新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機包括定子（記為S）和動子（記為M），定子包括Ω型定子鐵心組（記為S1）、電樞繞組S2和非導磁材料定子基座，動子包括動子鐵心M3、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機，其特征在于，包括定子和動子；所述定子包括Ω型定子鐵心組、電樞繞組（S2）和非導磁材料定子基座，所述動子包括動子鐵心（M3）、永磁體（M41、M41'、M42、M42'）和非導磁材料動子支架（M5）；所述Ω型定子鐵心組包括開口方向相反的多個下開口定子鐵心（S11）和多個上開口定子鐵心（S12），下開口定子鐵心（S11）和上開口定子鐵心（S12）安裝在非導磁材料定子基座內(nèi)部，下開口定子鐵心（S11）和上開口定子鐵心（S12）在動子運動的前后方向上均勻地間隔錯列放置，多個下開口定子鐵心（S11）和多個上開口定子鐵心（S12）共用一個放置在定子鐵心槽內(nèi)的電樞繞組（S2）；所述動子鐵心（M3）和永磁體（M41、M41'、M42、M42'）安裝在非導磁材料動子支架（M5）內(nèi)，左右兩側動子鐵心（M3）分別與下開口定子鐵心（S11）和上開口定子鐵心（S12）的齒部對應，同一左/右側相鄰的動子鐵心（M3）之間嵌入一塊永磁體（M41、M41'、M42、M42'）；所述非導磁材料動子支架（M5）通過軸承與非導磁材料定子基座相連。

【技術特征摘要】
1.一種新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機，其特征在于，包括定子和動子；所述定子包括Ω型定子鐵心組、電樞繞組（S2）和非導磁材料定子基座，所述動子包括動子鐵心（M3）、永磁體（M41、M41'、M42、M42'）和非導磁材料動子支架（M5）；所述Ω型定子鐵心組包括開口方向相反的多個下開口定子鐵心（S11）和多個上開口定子鐵心（S12），下開口定子鐵心（S11）和上開口定子鐵心（S12）安裝在非導磁材料定子基座內(nèi)部，下開口定子鐵心（S11）和上開口定子鐵心（S12）在動子運動的前后方向上均勻地間隔錯列放置，多個下開口定子鐵心（S11）和多個上開口定子鐵心（S12）共用一個放置在定子鐵心槽內(nèi)的電樞繞組（S2）；所述動子鐵心（M3）和永磁體（M41、M41'、M42、M42'）安裝在非導磁材料動子支架（M5）內(nèi)，左右兩側動子鐵心（M3）分別與下開口定子鐵心（S11）和上開口定子鐵心（S12）的齒部對應，同一左/右側相鄰的動子鐵心（M3）之間嵌入一塊永磁體（M41、M41'、M42、M42'）；所述非導磁材料動子支架（M5）通過軸承與非導磁材料定子基座相連。2.如權利要求1所述的一種新型雙Ω型定子橫向磁通永磁直線電機，其特征在于：相鄰的下開口定子鐵心（S11）間隔兩倍極距，相鄰的上開口定子鐵心（S12）間隔兩倍極距。3.如權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：賈周，余莉，劉銳，陳煒峰，劉德，
申請(專利權)人：南京信息工程大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32