CN101179224A - 全隔磁式双励磁直线同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全隔磁式双励磁直线同步电机。它包括初级铁芯、初级绕组、次级轭部铁芯、次级齿部铁芯、次级励磁绕组、次级励磁绕组线槽、永磁体、发电机和齿槽，次级励磁绕组绕在齿上，放置在励磁绕组线槽内，其特征在于每一磁极下装有两块励磁用的永磁体，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部中间的嵌槽内，两永磁体倾斜成120°的夹角向上，每对永磁体接近的对应端端部设有隔磁的空气间隔；同一磁极下的两永磁体同一极性的面朝向相同，N、S磁极在次级铁芯中交替分布；永磁体分开的上端部与次级励磁绕组线槽靠近，并在该处设有隔磁间隙。它使电机的悬浮力和推力得到明显提高。它主要用于磁悬浮交通系统驱动、物流线驱动的多种场合。

Description

全隔磁式双励磁直线同步电机

                                 技术领域

本发明属于直线同步电动机。具体地说是一种长定子(初级)混合励磁的直线同步电机。

                                 技术背景

传统的直线同步电机有两种单独的励磁方式，一种是利用直流绕组产生的电励磁，这种励磁方式可通过调节励磁电流的大小来调节悬浮力和推力的大小；另一种是通过永磁体提供励磁磁场，由于没有励磁电功率损耗，这种励磁方式的效率较高，但缺点是无法调节励磁磁场的大小，也就无法通过调节励磁来控制悬浮力和推力的大小。因此，混合励磁的方式得到广泛关注并开始获得应用，在直线电机领域的应用研究也有了很大进展。

中国专利03129181.3公开的“永磁与电磁混合励磁的长定子直线同步电机”，它包括励磁绕组、次极铁芯、长定子铁芯和电枢绕组。直流发电机的绕组线圈嵌在次极铁芯的表面齿槽内；而次极铁芯内嵌有永磁体，永磁体嵌设在次极齿中部并靠近磁轭；永磁体的极性与励磁绕组电励磁极性方向一致，由直线发电机提供励磁电流。从而提高励磁磁势达11850安匝和悬浮气隙高度达至少为0.15厘米(励磁电流为25安情况下)。具体地说，其永磁体平嵌在次级齿内靠近磁轭，或者是粘贴在次级齿表面上，即是说每个极的永磁体提供磁通的截面积与齿的截面积是相同的，因此永磁体提供每极磁通的截面积会受到限制，效率的发挥应还有潜力。

                                 发明内容

本发明提供的是一种有永磁体和直流电励磁绕组双励磁的直线同步电机。它能利用永磁体的高效励磁性能，使电机在同样体积下产生更大的悬浮力和推力，在利用电励磁绕组调节励磁磁场大小，起到灵活控制悬浮力和推力的同时，使每极下永磁体提供更大的磁通截面积，以得到更高的效率。

本发明的原理在于将永磁体倾斜放置在次级轭部内，每一极下两块永磁体配对放置，并在永磁体的两端设置隔磁结构，尽量减小永磁体在次级轭部内的漏磁，将永磁体产生的磁通最大限度地引导到直线电机初级和次级间的有效气隙中去，使产生的悬浮力和推力更大。

本发明的全隔磁式双励磁直线同步电机，包括初级铁芯、初级绕组、次级轭部铁芯、次级齿部铁芯、次级励磁绕组、次级励磁绕组线槽、永磁体、发电机和绕组线圈的齿槽，次级励磁绕组绕在每个次级齿部铁芯的齿上，并放置在励磁绕组线槽内，其特征在于每一磁极下装有两块励磁用的永磁体，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部中间的嵌槽内，两永磁体倾斜成120°的夹角向上，每对永磁体接近的对应端端部设有隔磁的空气间隔；同一磁极下的两永磁体同一极性的面朝向相同，N、S磁极在次级铁芯中交替分布；永磁体分开的上端部与次级励磁绕组线槽靠近，并在该处设有隔磁间隙。

本发明的全隔磁式双励磁直线同步电机，由于将永磁体倾斜放置在次级轭部内，并在永磁体的两端设置隔磁结构，尽量减小了永磁体在次级轭部内的漏磁，使永磁体产生的磁通最大限度地被引导到直线电机初级和次级间的有效气隙中去，其悬浮力和推力的有明显增大的效果。

同时由于采用永磁体和直流电励磁绕组混合励磁结构，保持了电励磁调节灵活的优点和永磁励磁高效的优点，使悬浮力、推力的调节和高效励磁得到了兼顾。

与表面粘贴式结构相比，有更大的每极永磁体提供磁通截面积，且有更好的抗去磁能力，安放永磁体位置处散热能力也较强。由于次级齿和轭是分离的，永磁体安装也比较方便。

它主要应用于磁悬浮交通系统驱动、物流线驱动等多种场合。

                                 附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是隔磁间隙实施例之二的结构示意图。

图3是隔磁间隙实施例之三的结构示意图。

其中：1、初级铁芯；2、初级绕组；3、次级轭部铁芯；4、次级齿部铁芯；5、次级励磁绕组；6、永磁体；7、梯形隔磁空气槽；8、(上端部)隔磁间隙；9、次级励磁绕组线槽；10、(次级齿叠片)固定孔；11、(次级轭叠片)固定孔；12、齿槽；13、充填物。

                               具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明技术方案作进一步描述：

图1是本发明全隔磁式双励磁直线同步电机的实施例。它包括初级铁芯1、初级绕组2、次级轭部铁芯3、次级齿部铁芯4、次级励磁绕组5、永磁体6、次级励磁绕组线槽9、发电机和绕组线圈用的齿槽12，次级励磁绕组5绕在每个次级齿部铁芯4的齿上；其特征在于励磁用的永磁体6在每一磁极下设有两块，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部铁芯3中间的安装槽内，互相成120°的夹角向上，每对永磁体6接近的对应端部设有隔磁的梯形隔磁空气槽7；在同一磁极下两块永磁体6相同极性的面朝向一致，N、S磁极沿次级的轭部长度方向交替分布；永磁体6的上端部与次级励磁绕组线槽9靠近，并在该处设有隔磁间隙8。隔磁间隙8的结构缝隙宽度为1-3mm。隔磁间隙8的结构缝隙截面形状为矩形。也可设为弧形或和斜直线形。隔磁间隙8内的充填物13为环氧树脂，或选用其它既有粘接作用又有隔磁作用的材料。发电机的绕组线圈放置在次级铁芯齿表面的齿槽12内。

永磁体6为板条状，充磁方向为厚度方向，即两个最大的表面分别为N、S极面。首先，将次级齿叠片和次级轭叠片分别用螺栓通过各自的固定孔10和固定孔11装配起来，形成多个次级齿部铁芯4组件和一个次级轭铁芯3组件；然后将永磁体6横向插入，安装并固定在次级轭部铁芯3内置的嵌槽内，用强力胶粘接牢固；再次将每个次级齿铁芯4安装到每个磁极的永磁体6上，齿铁芯4也用强力胶与永磁体6粘接牢固。永磁体采用高剩磁密度、高矫顽力的钕铁硼永磁材料。

永磁体上端部有了隔磁间隙，少了磁桥连接，将次级铁芯分成为轭部铁芯和齿部铁芯两部分。专门设置隔磁间隙的结构缝隙，为的是可尽量减小永磁体在次级轭部内的漏磁。

在次级每个齿上缠绕电励磁绕组后构成了一个电励磁极，其匝数和线径根据所需总励磁安匝数与每极下永磁体的等效安匝数之差值而定，并保证电励磁产生的磁场方向与永磁体产生的磁场方向一致；一对磁极下的电励绕组反相串联，再将各对极的电励绕组并联。根据实际需要调节励磁磁场强弱，起到调节悬浮力和推力大小的作用。

图2所示为另一种隔磁间隙的截面形状。即永磁体上端部隔磁间隙的结构缝隙截面形状为弧形。其它的基本结构与图1相同。其中3是次级轭部铁芯，4是次级齿部铁芯，6为永磁体。位于上端部的隔磁间隙(弧形缝隙)中填有充填物13。

图3所示为又一种隔磁间隙的截面形状。即永磁体上端部隔磁间隙的结构缝隙截面形状为一条斜直线，直线的倾斜方向垂直于永磁体磁极面。其它的基本结构与图1相同。

工作时，初级作为长定子以导轨方式固定(如磁悬浮车辆的轨道)，在初级绕组线圈中通上交流电流，与次级励磁磁场共同作用将产生直线行进的电磁推力。

次级作为动子，为短次级结构。在次级中斜置安装的永磁体产生永磁励磁磁场，它提供了所需励磁磁场的不变部分；在次级的直流励磁绕组中通以直流电后产生电励磁磁场，它提供了所需励磁磁场的交变部分，由于励磁电流可调，因此，此部分励磁磁场是可调的。这两种励磁磁场在气隙中合成为总的励磁磁场，在初级绕组中接通上交流电后，初级与次级相互作用将推动次级带着运载物一起沿定子形成的导轨运动。电机运行时，只需调节次级电励磁绕组的励磁电流，即可对负载的变化进行实时响应，使悬浮力与承载重量相平衡。以磁悬浮试验线驱动为例，按电励磁绕组匝数是256匝，电流15A估算，全隔磁式双励磁直线电机较纯电励磁直线电机可提高悬浮力达35％。预计优于现有技术达一成。

Claims (5)

1.一种全隔磁式双励磁直线同步电机，包括初级铁芯(1)、初级绕组(2)、次级轭部铁芯(3)、次级齿部铁芯(4)、次级励磁绕组(5)、永磁体(6)、次级励磁绕组线槽(9)、发电机和绕组线圈的齿槽(12)，次级励磁绕组(5)绕在每个次级齿部铁芯(4)的齿上，其特征在于励磁用的永磁体(6)在每一磁极下设有两块，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部铁芯(3)中间的嵌槽内，互相成120°的夹角向上，每对永磁体接近的对应端部设有隔磁的梯形空气槽(7)，在同一磁极下两块永磁体相同极性的面朝向一致，N、S磁极沿次级的轭部长度方向交替分布；永磁体的上端部与次级励磁绕组线槽(9)靠近，并在该处设有隔磁间隙(8)。

2.按照权利要求1所述的全隔磁式双励磁直线同步电机，其特征在于所述的隔磁间隙(8)的结构缝隙截面为矩形。

3.按照权利要求1所述的全隔磁式双励磁直线同步电机，其特征在于所述的隔磁间隙(8)的结构缝隙截面为弧形。

4.按照权利要求1所述的全隔磁式双励磁直线同步电机，其特征在于所述的隔磁间隙(8)的结构缝隙截面为斜直线形。

5.按照权利要求1所述的全隔磁式双励磁直线同步电机，其特征在于所述的隔磁间隙(8)的结构缝隙宽度为1-3mm。

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