專利名稱：一種單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)，尤其是應(yīng)用于軌道交通的磁通反向永磁直線電機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著世界城市化進(jìn)程的加快，交通問題日益成為城市發(fā)展的難題。地鐵、輕軌、有軌電車等城市軌道交通運(yùn)載工具都獲得了不同程度的應(yīng)用與發(fā)展。其中，牽引電機(jī)的研究和發(fā)展成為了軌道交通技術(shù)問題的關(guān)鍵。就技術(shù)層面而言，早前，軌道交通運(yùn)載系統(tǒng)是通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，承載能力大等優(yōu)點(diǎn)長(zhǎng)期以來(lái)被應(yīng)用于軌道交通，然而其物理黏著性限制了加減速性能，以及存在機(jī)械振動(dòng)噪聲大，車輛結(jié)構(gòu)輕量化和小型化相對(duì)困難等缺點(diǎn)，催促著新的技術(shù)模式的產(chǎn)生，隨后直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng)走上了歷史舞臺(tái)。在軌道交通運(yùn)載系統(tǒng)中，利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推進(jìn)力來(lái)推動(dòng)列車前進(jìn)，而不需要中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，在降低維修量的同時(shí)還節(jié)約了造價(jià)。直線電機(jī)分為兩類:一類是以直線感應(yīng)電機(jī)為主的電勵(lì)磁電機(jī)，其缺陷是:功率因數(shù)、功率密度和效率均不高；另一類是以永磁直線同步電機(jī)為主的永磁電機(jī)，與直線感應(yīng)電機(jī)相比，其力能指標(biāo)高、體積小、重量輕。由于永磁電機(jī)的高功率密度和高效率，將永磁直線電機(jī)應(yīng)用于軌道交通越來(lái)越受到關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的直線永磁同步電機(jī)，將永磁體和繞組均置于軌道(長(zhǎng)定子)上，勢(shì)必會(huì)增加制造的成本。目前以商業(yè)化應(yīng)用的上海磁懸浮列車所用的直線同步電機(jī)將電樞繞組置于鐵軌(長(zhǎng)定子)上，制造成本較高。那么，若能將永磁體和繞組均置于動(dòng)子(列車)上，顯而易見能有效的節(jié)約成本。近年來(lái)，定子 永磁型磁通反向電機(jī)得到了廣泛的研究和應(yīng)用，它是將永磁體置于定子齒端與繞組在同一側(cè)，轉(zhuǎn)子為凸極結(jié)構(gòu)無(wú)繞組也無(wú)永磁體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而將磁通反向直線電機(jī)應(yīng)用于長(zhǎng)鐵軌牽引電機(jī)，將永磁體和繞組均置于動(dòng)子(列車)上，能有效節(jié)約成本。參見圖1，圖1示出了一種傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)。磁通反向永磁直線電機(jī)有均為凸極結(jié)構(gòu)的動(dòng)子I’和定子2’。動(dòng)子I’的凸極齒即為電樞齒11’，兩個(gè)相鄰電樞齒11’之間形成一電樞槽14’。動(dòng)子I’上的電樞繞組12’采用集中式繞組繞于電樞齒11’上，每個(gè)電樞槽14’中嵌有兩相繞組，每隔兩個(gè)電樞齒11’的兩套繞組串聯(lián)成一相，即八^^串聯(lián)為A相，B1'B2串聯(lián)為B相，C1'C2串聯(lián)為C相，從而構(gòu)成A、B、C三相電機(jī)。電樞齒11’的端部貼有并行且勵(lì)磁方向相反的兩塊永磁體13’，其中一個(gè)永磁體13’的勵(lì)磁方向是垂直向下即由動(dòng)子指向定子，另一個(gè)永磁體13’的勵(lì)磁方向是垂直向上即由定子指向動(dòng)子，如圖中箭頭所示方向。定子2’的凸極齒21’的齒寬約為動(dòng)子I的電樞齒11’的齒寬的一半。這種傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)的定子采用簡(jiǎn)單的凸極結(jié)構(gòu)，無(wú)繞組、無(wú)電刷、無(wú)永磁體，適用于軌道交通的應(yīng)用，軌道上不需要鋪設(shè)永磁體或者導(dǎo)體繞組，可以降低電機(jī)制造成本，且易于施工；其動(dòng)子上的電樞繞組為集中式繞組，制作嵌線方便。然而這種傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)也存在缺點(diǎn)，首先，其容錯(cuò)性能較差，由于一個(gè)槽中嵌有兩相繞組，當(dāng)其中一相發(fā)生故障時(shí)，其短路電流將導(dǎo)致溫度急速上升，會(huì)引起其他相繞組溫度的變化，從而會(huì)影響其他相正常工作；其次，一個(gè)電樞齒下的勵(lì)磁方向相反的兩塊永磁體會(huì)造成磁路短路，使得大量的磁力線不經(jīng)過(guò)動(dòng)子軛部形成磁回路，產(chǎn)生比較嚴(yán)重的漏磁現(xiàn)象，從而降低了永磁體的效率，增加了成本。專利號(hào)為CN201010120847.5的“一種容錯(cuò)式永磁直線電機(jī)”，通過(guò)在普通磁通反向永磁電機(jī)中引入隔離齒來(lái)使得相與相之間物理隔離，磁路解耦，解決了傳統(tǒng)的磁通反向電機(jī)容錯(cuò)性能差的問題。然而，它并沒有從根本上解決漏磁嚴(yán)重的問題:它的電樞齒表面貼裝有兩塊勵(lì)磁方向相反的永磁體，使得大量的磁力線不經(jīng)過(guò)動(dòng)子軛部形成磁回路，在齒端造成磁路短路的現(xiàn)象，產(chǎn)生比較嚴(yán)重的漏磁。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有較高容錯(cuò)性能且制作成本低的漏磁通減小型單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是:一種單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，包括凸極結(jié)構(gòu)的動(dòng)子和凸極結(jié)構(gòu)的定子，所述動(dòng)子由初級(jí)鐵芯、電樞繞組和永磁體組成，所述定子由次級(jí)鐵芯組成，次級(jí)鐵芯由導(dǎo)磁材料制作而成，所述初級(jí)鐵芯由多個(gè)容錯(cuò)齒和電樞齒間隔排列構(gòu)成，所述電樞繞組采用集中繞組繞于所述電樞齒上，且每一個(gè)所述電樞齒的端部貼裝一塊所述永磁體，所有電樞齒端部的永磁體的勵(lì)磁方向均相同。一個(gè)具體的方案是，所述初級(jí)鐵芯的齒槽的寬度與所述電樞齒及容錯(cuò)齒的寬度均相同。另一個(gè)具體的方案是，每隔m個(gè)電樞齒的繞組串聯(lián)成一相(m為電機(jī)的相數(shù))，構(gòu)成m相繞組。再一個(gè)具體的方案是，所述初級(jí)鐵芯由相同模塊組裝而成，每一個(gè)模塊內(nèi)包含有一個(gè)電樞齒和一個(gè)容錯(cuò)齒。上述方案的進(jìn)一步方案是，所述初級(jí)鐵芯由硅鋼沖片疊壓而成，所述次級(jí)鐵芯由硅鋼沖片疊壓而成或者采用整塊導(dǎo)磁材料加工而成。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型中每一個(gè)電樞齒的端部只貼裝一塊永磁體，可降低生產(chǎn)制造成本，而且，每一塊永磁體的勵(lì)磁方向均相同，這使得每一塊永磁體產(chǎn)生的磁通經(jīng)過(guò)容錯(cuò)齒形成回路，減小了漏磁通，增加了繞組中的有效磁通，提高了永磁體的利用率。本實(shí)用新型的電樞槽中只有一套繞組，且由于容錯(cuò)齒較電樞齒的磁阻小很多，電樞繞組產(chǎn)生的磁通均由容錯(cuò)齒構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)相與相之間互感近似為零，磁路相互獨(dú)立，達(dá)到了解耦的效果。當(dāng)其中一相繞組發(fā)生故障時(shí)，其對(duì)其它繞組的影響很小，提高了電機(jī)的可靠性和帶故障運(yùn)行能力。與電樞齒相間設(shè)置的容錯(cuò)齒起到了隔離的作用，實(shí)現(xiàn)了相與相之間電路、溫度的隔離，當(dāng)其中一相因?yàn)槎搪范鴮?dǎo)致溫度急速上升時(shí)，由于容錯(cuò)齒的隔離作用，不會(huì)引起其余相溫度的變化，實(shí)現(xiàn)了更好的獨(dú)立性。動(dòng)子的模塊化組裝結(jié)構(gòu)方便生產(chǎn)加工過(guò)程中達(dá)到模塊化，提高生產(chǎn)效率，且方便產(chǎn)品使用時(shí)的組裝。

圖1為一種傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)施例單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)空載動(dòng)子速度為1.5m/s時(shí)的三相反電勢(shì)圖；圖4是定位力和正弦波電流驅(qū)動(dòng)下推力的對(duì)比圖；圖5是傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)的空載磁場(chǎng)分布圖；圖6是本實(shí)施例空載磁場(chǎng)分布圖；圖7是傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)在B相電樞電流作用下的磁場(chǎng)分布圖；圖8是本實(shí)施例在B相電樞電流作用下的磁場(chǎng)分布圖。以下結(jié)合圖表及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見圖2，圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)。單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)100，包括凸極結(jié)構(gòu)的動(dòng)子I和凸極結(jié)構(gòu)的定子2，動(dòng)子由初級(jí)鐵芯10、電樞繞組12和永磁體13組成。定子由次級(jí)鐵芯20組成，次級(jí)鐵芯20由導(dǎo)磁材料制作而成.[0032]次級(jí)鐵芯20上無(wú)繞組，也無(wú)永磁體，次級(jí)鐵芯20上有多個(gè)凸極齒21。初級(jí)鐵芯10上設(shè)有交替排列的電樞齒11和容錯(cuò)齒15，齒間形成槽14，所有的齒寬均與槽寬相同。電樞繞組12采用集中繞組繞于電樞齒11上，每一個(gè)槽14中嵌有一套繞組。每間隔兩個(gè)電樞齒11的兩套繞組串聯(lián)成一相，構(gòu)成三相電機(jī)，如圖2中A1、A2串聯(lián)為A相，B1、B2串聯(lián)為B相，C1、C2串聯(lián)為C相，從而構(gòu)成A、B、C三相。每一個(gè)電樞齒11的端部表面貼裝磁化方向相同的一塊永磁體13。每一塊永磁體13的磁化方向均為由動(dòng)子指向定子，即圖2中箭頭所示的豎直向下的方向。本實(shí)施例電樞齒端部只貼裝一塊永磁體13，相比于傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)，減少了永磁體的用量，節(jié)約生產(chǎn)成本。初級(jí)鐵芯10可采用硅鋼沖片疊壓而成，動(dòng)子I可置于列車內(nèi)部。次級(jí)鐵芯20可采用導(dǎo)磁材料，做成鋼軌，置于列車軌道側(cè)，定子2的長(zhǎng)度視軌道長(zhǎng)度而定。本實(shí)施例的動(dòng)子I的整體結(jié)構(gòu)由多個(gè)相同的模塊組裝而成，每一個(gè)模塊包括一個(gè)電樞齒、一個(gè)容錯(cuò)齒、電樞齒上的繞組和電樞齒端部的永磁體。模塊組裝后形成電樞齒和容錯(cuò)齒交替排列的結(jié)構(gòu)。采用模塊化結(jié)構(gòu)的動(dòng)子，達(dá)到了物理上和結(jié)構(gòu)加工上的模塊化，以及磁路上的模塊化。參見圖3，圖3為本實(shí)施例空載動(dòng)子速度為1.5m/s時(shí)的三相反電勢(shì)圖，由圖可知，反電勢(shì)是正弦的，所以可適用于BLAC驅(qū)動(dòng)。參見圖4，圖4是本實(shí)施例在定位力和正弦波電流驅(qū)動(dòng)下推力的對(duì)比圖。從圖4可見，定位力和推力在動(dòng)子位置的角度變化下均有波動(dòng)，所以，本實(shí)施例的推力波動(dòng)主要來(lái)自于定位力。參見圖5、6,圖5不出了傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)的空載磁場(chǎng)分布圖，圖6為本實(shí)施例空載磁場(chǎng)分布圖。從圖5可見，傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)的電樞齒端部的兩塊磁化方向相反的永磁體放在一起容易導(dǎo)致電樞齒端部發(fā)生磁短路，造成了漏磁的現(xiàn)象，浪費(fèi)了永磁體的利用率，從而降低了推力密度。從圖6可見,本實(shí)施例很好地解決了圖5中傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)所存在的漏磁的問題。本實(shí)施例的容錯(cuò)齒 表面沒有貼裝永磁體，相比于貼裝永磁體的電樞齒來(lái)說(shuō)，磁阻更小，根據(jù)磁阻最小原理，容錯(cuò)齒為磁路提供了更好的磁通路徑。每個(gè)電樞齒表面貼裝的永磁體產(chǎn)生的磁通均經(jīng)由容錯(cuò)齒形成回路，而不是經(jīng)過(guò)其它的電樞齒。本實(shí)施例與傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)相比，本實(shí)施例可有效避免相繞組之間磁路上的耦合，形成磁路上和結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立的模塊化結(jié)構(gòu)。在實(shí)際運(yùn)用中，還可通過(guò)調(diào)整動(dòng)子齒槽寬與定子齒槽寬的比例的不同來(lái)達(dá)到最佳磁通路徑，使其具有更好的磁路獨(dú)立性，即相間耦合小。參見圖7、8，圖7為傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)在B相電樞電流作用下的磁場(chǎng)分布圖，圖8是本實(shí)施例在B相電樞電流作用下的磁場(chǎng)分布圖。比較圖7、8可見，本實(shí)施例相比于傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)，本實(shí)施例的容錯(cuò)齒為電樞繞組磁路提供了磁通路徑，每個(gè)電樞繞組產(chǎn)生的的磁路大部分經(jīng)由相鄰的容錯(cuò)齒形成閉合回路，而不與其它相耦合，達(dá)到了相與相之間磁路上的解耦，形成了模塊化的相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。參見表一,表一列出了傳統(tǒng)磁通反向永磁直線電機(jī)和本實(shí)施例的自感、互感數(shù)據(jù)對(duì)比情況。表一
權(quán)利要求1.一種單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，包括凸極結(jié)構(gòu)的動(dòng)子和凸極結(jié)構(gòu)的定子，所述動(dòng)子由初級(jí)鐵芯、電樞繞組和永磁體組成，所述定子由次級(jí)鐵芯組成，次級(jí)鐵芯由導(dǎo)磁材料制作而成，其特征是，所述初級(jí)鐵芯由多個(gè)容錯(cuò)齒和電樞齒間隔排列構(gòu)成，所述電樞繞組采用集中繞組繞于所述電樞齒上，且每一個(gè)所述電樞齒的端部貼裝一塊所述永磁體，所有電樞齒端部的永磁體的勵(lì)磁方向均相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，其特征是，所述初級(jí)鐵芯的齒槽的寬度與所述電樞齒及容錯(cuò)齒的寬度均相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，其特征是，每隔《個(gè)所述電樞齒的電樞繞組串聯(lián)成一相，m為電機(jī)的相數(shù)，構(gòu)成》相繞組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，其特征是，所述動(dòng)子由相同模塊組裝而成，每一個(gè)模塊內(nèi)包含一個(gè)電樞齒、一個(gè)容錯(cuò)齒、電樞齒上的電樞繞組和電樞齒端部的永磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，其特征是，所述初級(jí)鐵芯由沖片疊壓而成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，目的是提供一種具有較高容錯(cuò)性能且制作成本低的漏磁通減小型單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是單磁極磁通反向永磁直線電機(jī)，包括凸極結(jié)構(gòu)的動(dòng)子和凸極結(jié)構(gòu)的定子，所述動(dòng)子由初級(jí)鐵芯、電樞繞組和永磁體組成，所述定子由次級(jí)鐵芯組成，次級(jí)鐵芯由導(dǎo)磁材料制作而成，所述初級(jí)鐵芯由多個(gè)容錯(cuò)齒和電樞齒間隔排列構(gòu)成，所述電樞繞組采用集中繞組繞于所述電樞齒上，且每一個(gè)所述電樞齒的端部貼裝一塊所述永磁體，所有電樞齒端部的永磁體的勵(lì)磁方向均相同。
文檔編號(hào)H02K41/03GK203071787SQ20122043797
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者趙文祥, 吉敬華, 嚴(yán)淑君, 劉國(guó)海, 康梅, 陸繼遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)