一種減省永磁材料的容錯直線電機制造技術

本發明專利技術公開了一種減省永磁材料的容錯直線電機，屬于電機制造技術領域。一種減省永磁材料的容錯直線電機，包括初級、次級，次級為等齒寬的凸極結構，初級和次級之間具有氣隙，其中初級包括凸極結構的電樞齒、凸極結構的容錯齒，電樞齒與容錯齒交錯間隔排列，每個電樞齒上纏繞著集中繞組，每個電樞齒的端部貼裝有永磁體，永磁體寬度為電樞齒齒寬的一半，每個電樞齒上的永磁體的充磁方向一致且與每個電樞齒的中心軸線平行。本發明專利技術在一定程度上解決了傳統磁通反向直線電機的漏磁嚴重的問題，提高了永磁體利用率，間接減少了電機制造成本，同時又使磁通反向直線電機具有較高的容錯的性能，使之在要求高可靠性的輪軌交通中具有不錯的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種減省永磁材料的容錯直線電機
本專利技術屬于電機制造
，更準確地說是涉及一種磁通反向直線電機，尤其適用于要求高可靠性長行程的軌道交通系統中。
技術介紹
隨著我國經濟建設的不斷深入，地域廣闊，人口眾多帶來的諸多交通問題，對我國的輪軌交通系統提出了巨大的挑戰。過去在需要直線運動場合，通常由旋轉電機驅動一些中間傳動裝置將電機的旋轉運動轉換成直線運動。但由于中間機械傳動裝置的結構比較復雜，在長時間的運轉中容易摩擦磨損，導致精度的下降，給提高控制精度，及運動的可靠性帶來問題。同時位置、速度、加速度受制于傳動裝置的機械結構特性(剛度、慣性)，也制約了高精度直線驅動性能的提高。在現有的輪軌交通中，用直線電機直接產生直線牽引力的列車已經在輪軌交通中得到了成功的應用，比如我國首條直線電機運載系統廣州地鐵四號線。它采用直線電機牽引列車，舍去了旋轉電機牽引所包含的中間傳動裝置，不僅縮減了列車的制造成本減小了列車體積，同時還提高了列車運行的穩定性與可靠性，對輪軌交通的發展有著重要意義。但同時它也存在著一些缺陷由于所采用的直線電機是感應式的電機致使它的功率因數、效率都比較低。而永磁同步電機與電勵磁的感應電機相比卻有著很高的功率因數和效率，可無論是將永磁同步電機的繞組沿軌道鋪設，還是將永磁體沿軌道鋪設，在長線的交通系統中的建設成本都將是巨大的，也是對物質資源的一種浪費，因為軌道上放置了永磁體或是繞組，所以軌道的維護也十分復雜。針對上述缺點，現今國內外學者提出了一類定子永磁型雙凸極旋轉電機就是將永磁體與繞組均放置在定子上，而轉子為簡單的凸極結構。將這種旋轉電機展開為直線電機，永磁體和繞組所在的定子可以設為直線電機的短動子(初級)安裝在車體下面，這樣便減少了永磁材料和銅線的用量。原本旋轉電機的凸極轉子，可以將其展開后作為直線電機的長定子(次級)安裝在列車的軌道上，這樣導軌的結構也比較簡單易于維護。這種初級永磁型直線電機具有永磁同步直線電機效率高、力能指標高的優點，同時在應用于長線的交通軌道場合，它的制造成本也低的多。因此這類初級永磁型直線電機十分適合應用于輪軌交通中。傳統的磁通反向電機就是一種初級永磁型直線電機，它的結構如圖I所示。專利申請號為200810095825. O的專利申請對它有詳細的說明。它同時具有成本低，效率高的優點。但由于安裝在每個齒下的兩塊永磁體極性相反，在初級齒與次級齒上容易形成漏磁致使永磁體的利用率不高。相與相之間磁鏈耦合也比較嚴重(磁通分布如圖3所示)，因此， 當電機某一相發生故障時，便不能正常運行，容錯性能比較差。用這種電機提供列車的牽引力，列車運行時的可靠性不高，容易發生危險。
技術實現思路
針對現有電機技術的不足，本專利技術提出了一種減省永磁材料的容錯直線電機，可以解決傳統磁通反向直線電機的漏磁嚴重的問題，提高永磁體利用率，間接減少電機制造成本，同時使磁通反向直線電機具有較高的容錯的性能。具體地說，本專利技術是采取以下的技術方案來實現的一種減省永磁材料的容錯直線電機，包括初級、次級，次級為等齒寬的凸極結構，初級和次級之間具有氣隙，其中初級包括凸極結構的等齒寬的電樞齒、凸極結構的等齒寬的容錯齒，電樞齒與容錯齒交錯間隔排列，每個電樞齒上纏繞著集中繞組，每個電樞齒的端部貼裝有永磁體，永磁體寬度為電樞齒齒寬的一半，每個電樞齒上的永磁體的充磁方向一致且與每個電樞齒的中心軸線平行。本專利技術的進一步特征在于所述電樞齒極距與所述容錯齒極距相等，相鄰的電樞齒與容錯齒之間的距離為電樞齒極距的一半，次級齒極距與電樞齒極距滿足公式τ s = kip±(l/m) τρ，其中TsS電樞齒極距、TpS次級齒極距、k為正整數為電機的相數。本專利技術的進一步特征在于電樞齒個數與次級齒個數滿足公式Ns τ s = Np τρ和Ns/ m = η,其中Ns為電樞齒個數、Np為次級齒個數、η為正整數。本專利技術的進一步特征在于初級和次級均由導磁鐵芯制成。本專利技術的有益效果如下本專利技術采用了特殊的初級結構，將各相線圈繞組通過容錯齒依次隔離開來，降低了相與相之間的互感，使電機具有較好的容錯性能。與此同時，本專利技術又采用了特殊的永磁體貼裝結構，提高了永磁體的利用率，節約了成本。初級結構也易于實現模塊化，便于生產與組裝。因此，本專利技術在一定程度上解決了傳統磁通反向直線電機的漏磁嚴重的問題，在提高了永磁體利用率、間接減少了電機制造成本的同時又使磁通反向直線電機具有較高的容錯的性能，使之在要求高可靠性的輪軌交通中具有不錯的應用前旦O附圖說明圖I為一種傳統的磁通反向直線電機結構圖。圖2為本實施例磁通反向直線電機結構圖。圖3為一種傳統的磁通反向直線電機空載磁場分布圖。圖4為本實施例磁通反向直線電機空載磁場分布圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術進行詳細描述。本專利技術的磁通反向直線電機的核心電磁結構如圖2所示，為了更清楚的解釋本專利技術，將本專利技術直線電機的極槽比具體化，根據上文所提出的公式，可得到電機為三相，電樞齒個數Ns為6,次級齒數Np為20,電樞齒極距與次級齒距比為20/6。本專利技術磁通反向電機機構如圖2所示,包括初級I,次級2,初級中包括繞有線圈的電樞齒10，容錯齒11，繞組線圈12，永磁體13。次級2由均勻分布的等寬的凸極齒20構成，結構簡單。初級和次級均由導磁鐵芯制成。電機為三相，有六個電樞齒，繞組采用集中繞組繞制方法，六個電樞齒上繞制的線圈依次為Al相，BI相，Cl相，Α2相，Β2相，C2相，各個線圈繞向一致，將Al，Α2兩相正向串聯得到A相，將BI，B2兩相正向串聯得到B相，將Cl，C2兩相正向串聯得到C相。每個電樞齒10下面貼裝有一塊永磁體13，每個永磁體13的充磁方向都平行于電樞齒的中心線且方向一致，如圖2中永磁體13的向下箭頭所標明的方向。本實施例中相比于傳統的磁通反向電機每個電樞齒下貼裝的永磁體只有電樞齒寬度的一半，節約了永磁材料的用量，通過有限元分析軟件還可以看出實施例中永磁體的利用率也比傳統的磁通反向電機要高。由于初級中引入了容錯齒11，線圈上的磁通大部分通過電樞齒10和電樞齒兩側的容錯齒11構成回路，只有很少的磁通與其他線圈交鏈，這樣就大大降低了相與相之間的互感，提高了電機的容錯的性能。圖3為傳統的磁通反向直線電機空載磁場分布圖。從圖不可以可出由于貼裝在一個電樞齒表面的兩塊永磁體極性是相反的，因此容易和電樞齒下的正對的動子上的凸極齒構成漏磁回路，這樣就使永磁體的利用率不高，間接提高了電機的制造成本。圖4為本專利技術實施例磁通反向直線電機空載磁場分布圖。從圖示可以看出由于每個電樞齒的表面只貼有一塊永磁體，因此這種結構，相比于傳統的磁通反向直線電機，大大降低了消耗在漏磁回路上的漏磁通，進而增大了有效磁通，提高了永磁體的利用率。同時， 圖4在每兩個電樞齒之間都加入一個容錯齒。因此相比于圖3，圖4的磁場分布又有所不同。可以看到在圖4中正是由于加入了電樞齒，使各個線圈繞組上的有效磁通，大部分都是通過自身的電樞齒和自身電樞齒臨近的容錯齒構成回路。相鄰繞組之間很少有磁鏈的交鏈。通過合理的調節電樞齒槽寬與容錯齒槽寬，便可使相間的磁路相互獨立，很好的實現相間的隔離，降低互感，提高電機的容錯性能。下表為傳統磁通反向直線電機(圖I)和本專利技術實施例(圖2)的電機電感情況的比較本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種減省永磁材料的容錯直線電機，包括初級、次級，次級為等齒寬的凸極結構，初級和次級之間具有氣隙，其特征在于：其中初級包括凸極結構的等齒寬的電樞齒、凸極結構的等齒寬的容錯齒，電樞齒與容錯齒交錯間隔排列，每個電樞齒上纏繞著集中繞組，每個電樞齒的端部貼裝有永磁體，永磁體寬度為電樞齒齒寬的一半，每個電樞齒上的永磁體的充磁方向一致且與每個電樞齒的中心軸線平行。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙文祥，徐亮，吉敬華，劉虎，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：