CN104167898A - 一种螺旋推进行波磁场电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋推进行波磁场电机，包括圆筒型铁芯、绕组和励磁元件，在铁芯的侧面，沿圆周方向均分布有平行于轴向的条形槽，相邻两个条形槽之间形成条形齿，在每个条形齿上缠绕有绕组，绕组嵌在条形槽内，励磁元件贴在条形齿的表面；在同一条条形齿上，励磁元件沿轴向排成一排，任意相邻两个励磁元件的磁极分别为N极和S极，构成同一条条形齿上绕组的反向磁通组，相邻N极和S极的中心距离为轴向极距；任意相邻两条条形齿上，励磁元件的设置存在轴向偏移。本发明通过控制电源频率即可控制螺旋磁场的旋转速度和推进速度，大大减化螺旋磁场装置的结构和控制；可通过方便的轴向叠片有效降低铁损。

Description

一种螺旋推进行波磁场电机

技术领域

本发明涉及一种基于反向磁通原理的电机，尤其涉及一种螺旋推进行波磁场电机。

背景技术

在一些工业场合如冶金业中，需要螺旋磁场的作用；在另外一些场合中，螺旋磁场可以作为直线推进的动力。钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室的王松伟等研究的螺旋磁场驱动金属液轴向流动，采用三相交流电机带动搭建好螺旋永磁体的铝合金支架转动的方法，装置体积较大且磁场运转速度调整受到装置惯性影响较大。美国专利5,654,546公开了一种基于反向磁通原理的直线电机，在定子绕组齿上安装相反的永磁体，达到类似于永磁无刷电机的控制方式，但是受制于传统直线电机边端效应的影响，三相绕组的对称性不好，影响电机控制性能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中螺旋磁场控制不方便、装置不够紧凑的问题，本发明提供一种具有螺旋推进行波磁场电机，采用对称旋转电机的绕组型式和反向磁通的励磁技术，通过合理的电磁配合，在电枢表面产生螺旋形状推进的行波磁场，既可用于需要螺旋磁场的场合，也可用于设计各相对称的直线推进电机，同时达到结构紧凑、控制方便、效率较高、成本较低的有益效果。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种螺旋推进行波磁场电机，包括圆筒型铁芯、绕组和励磁元件，在铁芯的侧面，沿圆周方向均分布有平行于轴向的条形槽，相邻两个条形槽之间形成条形齿，在每个条形齿上缠绕有绕组，绕组嵌在条形槽内，励磁元件贴在条形齿的表面；在同一条条形齿上，励磁元件沿轴向排成一排，任意相邻两个励磁元件的磁极分别为N极和S极，构成同一条条形齿上绕组的反向磁通组，相邻N极和S极的中心距离为轴向极距；任意相邻两条条形齿上，励磁元件的设置存在轴向偏移；沿圆周方向，任意相邻两条条形齿上的励磁元件的轴向偏移量和偏移方向一致，按照轴向极距和绕组相数的要求偏移，形成绕组的相位差。

优选的，所述铁芯由环形硅钢片沿轴向叠压而成，以减少涡流损耗。

优选的，所述条形槽分布在铁芯的内圆侧面或外圆侧面。

优选的，所述励磁元件采用永磁体或绕组励磁。

优选的，所述所有绕组分成三相，当然也可以根据需要分成任意相。

优选的，所述励磁元件在相邻两条条形齿上的偏移量为轴向极距的三分之二，以使相邻绕组的电动势相位差120°；当然也可以按照绕组相数设置其他偏移量，偏移量可以是极距除以相数，也可以是极距除以两倍相数。

优选的，还包括动子，动子设置在具有条形齿的一侧，即：当条形齿设置在铁芯的内侧时，动子设置在铁芯的内侧；当条形齿设置在铁芯的外侧时，动子设置在铁芯的外侧。所述动子可以是轴向齿槽相隔的铁芯，以构成磁阻型直线电机；也可以是金属液体，铝制圆筒或者铜制圆铜，以构成感应型螺旋电机。

有益效果：本发明提供的螺旋推进行波磁场电机，通过控制电源频率即可控制螺旋磁场的旋转速度和推进速度，大大减化螺旋磁场装置的结构和控制；采用横向磁通结构，圆筒电机也可通过方便的轴向叠片有效降低铁损；采用反相磁通技术，把励磁元件和电枢元件安装在同一侧不但可以有效减少励磁元件数量，还有助于保护励磁元件；各绕组磁阻分布均匀，有利于各相绕组电参数平衡和最终控制。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例结构示意图；

图2是本发明的第二个实施例结构示意图；

图3是本发明的第三个实施例结构示意图；

图4是本发明的第四个实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

如图1所示为一种螺旋推进行波磁场电机，包括圆筒型铁芯1、绕组2和励磁元件3，在铁芯1的侧面，沿圆周方向均分布有平行于轴向的条形槽5，相邻两个条形槽5之间形成条形齿4，在每个条形齿4上缠绕有绕组2，绕组2嵌在条形槽5内，励磁元件3贴在条形齿4的表面；在同一条条形齿4上，励磁元件3沿轴向排成一排，任意相邻两个励磁元件3的磁极分别为N极和S极，构成同一条条形齿4上绕组2的反向磁通组，相邻N极和S极的中心距离为轴向极距；任意相邻两条条形齿4上，励磁元件3的设置存在轴向偏移；沿圆周方向，任意相邻两条条形齿4上的励磁元件3的轴向偏移量和偏移方向一致，按照轴向极距和绕组2相数的要求偏移，形成绕组的相位差。

如图1所示，本例中的条形齿4设置在铁芯1的内圆侧面，共有18个条形齿4；采用集中式绕组，每个条形齿上均缠绕有绕组2；励磁元件3采用永磁体，贴在条形齿4的齿面上；励磁元件3在相邻两条条形齿4上的偏移量为轴向极距的三分之二，以使相邻绕组2的电动势相位差120°，构成三相绕组；当绕组2中通入对称三相交流电时，在铁芯1和励磁元件3内侧将形成螺旋推进的行波磁场。

实施例2

如图2所示，在实施例1的基础上，实施例2增加了一个圆筒型隔热套6和一个导流筒7，隔热套6为非铁磁材料；隔热套6设置在励磁元件3内侧，并且隔热套6的外表面与励磁元件3的表面相贴合；导流筒7设置在隔热套6的内侧，并且隔热套6和导流筒7之间形成环形通道8；将金属液体导入环形通道8内，并向绕组2中通入对称三相交流电，环形通道8中的金属液体在螺旋推进行波磁场作用下，感生电流，并随之螺旋转动，达到电磁搅拌的目的，通过改变三相交流电的频率、电流、相序，可以分别控制电磁搅拌的速度和方向。

实施例3

如图3所示，在实施例1的基础上，实施例3增加了一个铜制圆筒9，铜制圆筒9设置在励磁元件3内侧，并且励磁元件3与铜制圆筒9之间留有适当气隙，当绕组2中通入对称三相交流电，铜制圆筒9在螺旋推进行波磁场的作用下，受到螺旋推力作用；通过改变三相交流电的频率、电流，相序，可以控制铜制圆筒9所受作用力的大小和方向。

实施例4

如图4所示，在实施例1的基础上，实施例4增加了一个动子铁芯10，在动子铁芯10的外表面设置有圆周方向的环形槽，并且所有环形槽沿轴向均匀间隔设置；沿轴向，相邻两个环形槽的中心间距等于两个极距；动子铁芯10设置在励磁元件3内侧，并且励磁元件3与动子铁芯10之间留有适当气隙；当绕组2中通入对称三相交流电，动子铁芯10的磁阻只在轴向变化，因此在螺旋推进行波磁场中只受到轴向推力，改变通电频率，可以控制推进速度，改变相序则可以改变推力方向，达到简化控制的目的。同样可以设计动子铁芯10由环形硅钢片沿轴向叠压而成，以减少涡流损耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：包括圆筒型铁芯(1)、绕组(2)和励磁元件(3)，在铁芯(1)的侧面，沿圆周方向均分布有平行于轴向的条形槽(5)，相邻两个条形槽(5)之间形成条形齿(4)，在每个条形齿(4)上缠绕有绕组(2)，绕组(2)嵌在条形槽(5)内，励磁元件(3)贴在条形齿(4)的表面；在同一条条形齿(4)上，励磁元件(3)沿轴向排成一排，任意相邻两个励磁元件(3)的磁极分别为N极和S极，构成同一条条形齿(4)上绕组(2)的反向磁通组，相邻N极和S极的中心距离为轴向极距；任意相邻两条条形齿(4)上，励磁元件(3)的设置存在轴向偏移；沿圆周方向，任意相邻两条条形齿(4)上的励磁元件(3)的轴向偏移量和偏移方向一致，按照轴向极距和绕组(2)相数的要求偏移，形成绕组的相位差。

2.根据权利要求1所述的螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：所述铁芯(1)由环形硅钢片沿轴向叠压而成。

3.根据权利要求1所述的螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：所述条形槽(5)分布在铁芯(1)的内圆侧面或外圆侧面。

4.根据权利要求1所述的螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：所述励磁元件(3)采用永磁体或绕组励磁。

5.根据权利要求1所述的螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：所述所有绕组(2)分成三相。

6.根据权利要5所述的螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：所述励磁元件(3)在相邻两条条形齿(4)上的偏移量为轴向极距的三分之二，以使相邻绕组(2)的电动势相位差120°。

7.根据权利要求1所述的螺旋推进行波磁场电机，其特征在于：还包括动子，动子设置在具有条形齿(4)的一侧，即：当条形齿(4)设置在铁芯(1)的内侧时，动子设置在铁芯(1)的内侧；当条形齿(4)设置在铁芯(1)的外侧时，动子设置在铁芯(1)的外侧。