CN102882347B - 双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，定子包括定子机座和若干离散导磁块，离散导磁块均固定在定子机座内，所述定子机座为双侧，分别安放在动子两侧，所述动子包括动子铁心，动子铁心上下两侧均开有动子槽，每个动子槽内只安放一相动子绕组，所述导磁块为上窄下宽的梯形，导磁块底部为燕尾型。本发明中定子为离散的导磁块，省去了定子轭部，制造工艺简单，降低了铁心材料的用量，提高了铁心材料的利用率；每个动子槽内只安放有一相绕组，省去了相间绝缘，提高了动子槽利用率；每个绕组线圈所在动子槽的两侧动子齿均有磁通经过，所产生的推进力大于现有直线开关磁阻电机。

Description

双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机

技术领域

本发明涉及一种直线开关磁阻电动机，尤其涉及一种双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机。

背景技术

直线电机驱动装置可以将所输入的电能在所需要的场合直接转化为直线动能，实现直线运动，省去传统旋转-直线转换驱动方式中的机械传动转换装置，大大减小了传动装置的体积，提高了整个系统的可靠性和效率，并有效降低了设备的成本和维护费用，不仅如此，还有传统旋转-直线转换驱动方式无法达到的高速，高精度和鲁棒性。另外，由于传动转换装置会显著增加传动系统的振动和噪声，降低系统的控制精度和性能。因此，在现代工业生产过程中，尤其是一切特殊应用场合，如精密仪器，航空航天仪器，医疗仪器等，直线电动机得到了越来越广泛的应用。

目前，直线电动机有以下种类，1)直线感应电动机，已经被很多国家在地铁、轻轨和磁悬浮列车等城市轨道交通场合采用。直线感应电动机的特点是：端部效应明显，尤其是高速运行时，端部效应使得电机推进力明显减小；效率和功率因数都比较低，通常效率在50%~60%，功率因数只有0.5左右，控制系统和控制策略非常复杂；2)永磁直线电动机，具有高推进力密度，高功率密度和高效率等优点。但是，一方面由于永磁材料成本较高，对于较长的轨道，将大大增加整个推进系统的成本，另一方面，永磁材料的磁性能易受温度，锈蚀和振动等外部环境因素的影响，因此，对于运行轨道较长和运行环境较为恶劣的场合，永磁直线电动机并不适用；3)直线开关磁阻电动机，电机本体结构简单，制造成本低，运行可靠性高，具有能够在各种恶劣条件下运行的优势，维护成本低。除此之外，其整个系统效率高于直线感应电动机，而且其调速性能十分优越，具有宽广的经济运行范围，可以通过各种灵活的控制策略实现一系列令人满意的性能。

尽管如此，由于直线电动机的气隙普遍大于旋转电动机，加之磁阻转矩的特性，直线开关磁阻电动机的推进力密度较低，不只如此，现有直线开关磁阻电机电枢槽内同时安放有两相绕组，需要相间绝缘，动子槽利用率低，定子轭部铁心较长，导致电机制造时铁心材料用量大，成本高，运行时铁耗大。在旋转开关磁阻电机中，如果采用导磁块转子，可以起到提高电机的转矩密度的作用，但在旋转电机中，只能转子采用导磁块结构，而转子旋转，会受到离心力作用，这就使得导磁块的固定困难，尤其是电机转速较高时，会大大降低电机运行的稳定性。不仅如此，由于旋转电机为圆柱形结构，定子内圆和转子外圆间需要保持较小又均匀的气隙，因此，当转子采用离散的导磁块组合而成时，制造过程复杂，对工艺要求高，由于旋转电机的转子为封闭的圆柱型结构，采用离散导磁块对减小铁心用量的意义不大。在直线开关磁阻电机中，没有绕组的一侧为定子，有绕组的一侧为动子，定子和动子均为矩形平面，定子不受离心力影响，导磁块安装方便，而且，在直线传输场合，电机的定子实际为传输轨道，直线开关磁阻电机的定子采用离散导磁块，不仅结构可靠，而且能够大大减少传输轨道的铁心材料用量，降低成本。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它具有提高动子槽利用率、减少制造电机的铁心用量和提高铁心利用率的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，定子包括定子机座和若干离散导磁块，离散导磁块均固定在定子机座内，所述定子机座安放在动子上下两侧，所述动子包括动子铁心，动子铁心上下两侧均开有动子槽，每个动子槽内只安放一相动子绕组即集中绕组。

所述导磁块为上窄下宽的梯形，导磁块底部为燕尾型。

所述动子铁心两侧的动子槽沿动子铁心中心线上下对称，上下两个动子槽之间为动子轭部，所述动子铁心上设有动子齿。

所述定子机座为非导磁材料。

所述非导磁材料为铝合金或有机塑材。

所述动子绕组从上面的动子槽穿入，从下面的动子槽穿出，围绕动子轭部缠绕，上下两个动子槽的绕组组成一个线圈，并且属于同一相绕组为集中绕组，动子绕组从第一个动子槽进入，再从第二个动子槽穿出，使上下两个槽内绕组内电流大小相同，反向相反。

所述动子为凸极结构。

所述定子机座和动子铁心之间有空气隙。

本发明具有通用性，适用多种不同的动子和定子极数组合，设同一相动子绕组相邻的两个线圈所在动子槽之间的动子齿数（单侧）为T_t，设与上述相邻两个动子槽相对的导磁块之间包括的导磁块的个数为T_s，则满足以下关系：

T_t=T_s±1(1)

本发明是具体这样来实现的，本发明电机包括动子，所述动子采用硅钢片叠压而成，所述动子上有动子齿和动子槽，动子槽内安放有动子绕组，动子上每列上下两个动子槽内的动子绕组为一个线圈，所述动子绕组从一个动子槽进入，从另一个动子槽穿出，围绕之间的动子轭部进行缠绕，以此类推，其他动子槽的绕组同法安放，定子机座安放在动子两侧，所述定子机座由非导磁材料构成，横截面为梯形的离散的导磁块安放在非导磁定子机座的内部，所述离散的导磁块底部做成燕尾型以便于固定在非导磁定子机座上，定子和动子之间有空气隙。

当电机的一个动子槽中心线与定子导磁块中心线对齐时，此时这个动子槽内的绕组线圈通电，则产生的磁通通过其所在动子槽的左侧动子齿，空气隙，定子导磁块，右侧动子齿和该动子绕组包围的动子轭部闭合，此时该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最小；当该动子槽中心线与两个定子导磁块间的动子槽口的中心线对齐时，该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最大，由于磁阻的变化会产生推进力并做功，因此，随着动子和定子之间的相对位置变化，持续不断的给绕组线圈通电时，便可持续地产生推进力并做功。由于该绕组线圈所在动子槽两侧的动子齿均有磁通通过，并且均与该绕组线圈交链，因此，在同样体积下，本发明电机所能产生的推进力密度大于现有开关磁阻电动机。

本发明的有益效果：

本发明中定子为离散的导磁块，省去了定子轭部，制造工艺简单，降低了制造电机时铁心材料的用量并提高了铁心材料的利用率；采用双侧定子，提高了电机的推进力密度，可以应用在需要双边产生直线推进力的直线驱动场合；每个动子槽内只安放有一相绕组，省去了相间绝缘，提高了动子槽利用率；每个绕组线圈所在动子槽的两侧动子齿均有磁通经过，所产生的推进力大于现有直线开关磁阻电机。导磁块底部为燕尾型便于固定在定子机座上，在直线传输场合，电机的定子实际为传输轨道，直线开关磁阻电机的定子采用离散导磁块，不仅结构可靠，而且能够大大减少传输轨道的铁心材料用量，降低成本，便于安装和维护。

附图说明

图1为本发明电机实施方式1结构示意图；

图2为本发明电机实施方式2结构示意图；

图3为本发明电机剖面结构示意图。

其中，1.定子机座，2.导磁块，3.动子铁心，4.动子槽，5.动子绕组，6.空气隙。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施方式电机相数m=3，动子极数为6，定子极数为4，同一相绕组相邻的两个线圈所在动子槽4之间的动子齿数（单侧）T_t=3，与上述两个动子槽4相对的导磁块2之间包括的导磁块2的个数为T_s=2，本实施方式包括定子机座1，定子机座1上安放有离散的导磁块2，定子机座1之间设有动子铁心3，动子铁心3上开有动子槽4，动子槽4内安放有动子绕组5，定子机座1和动子铁心3之间有空气隙6。

下面结合图2对实施方式2进行说明，实施方式2与实施方式1的区别在于，电机的相数和定子，动子极数不相同。本实施方式电机相数m=4，动子极数为8，定子极数为6，同一相绕组相邻的两个线圈所在动子槽4之间的动子齿数（单侧）T_t=4，与上述两个动子槽4相对的导磁块2之间包括的导磁块2的个数为T_s=3，本实施方式包括定子机座1，定子机座1上安放有离散的导磁块2，定子机座1之间设有动子铁心3，动子铁心3上开有动子槽4，动子槽4内安放有动子绕组5，定子机座1和动子铁心3之间有空气隙6。

如图3所示为本发明电机剖面结构示意图。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种双侧定子集中绕组离散导磁块型直线开关磁阻电动机，它包括定子和动子，其特征是，定子包括定子机座和若干离散导磁块，离散导磁块均固定在定子机座内，所述定子机座为双侧，分别安放在动子两侧，所述动子包括动子铁心，动子铁心上下两侧均开有动子槽，每个动子槽内只安放一相动子绕组；

所述动子采用硅钢片叠压而成，所述动子上有动子齿和动子槽；

设同一相动子绕组相邻的两个线圈所在动子槽之间的单侧动子齿数为T_t，设与上述相邻两个动子槽相对的导磁块之间包括的导磁块的个数为T_s，则满足以下关系：T_t＝T_s±1；

所述导磁块为上窄下宽的梯形，导磁块底部为燕尾型；

所述动子铁心两侧的动子槽沿动子铁心中心线上下对称，上下两个动子槽之间为动子轭部，所述动子铁心上还设有动子齿；

所述动子绕组从上面的动子槽穿入，从下面的动子槽穿出，围绕动子轭部缠绕，上下两个动子槽的绕组组成一个线圈，并且属于同一相绕组为集中绕组，动子绕组从第一个动子槽进入，再从第二个动子槽穿出，使上下两个槽内绕组内电流大小相同，方向相反；

当电机的一个动子槽中心线与定子导磁块中心线对齐时，此时这个动子槽内的绕组线圈通电，则产生的磁通通过其所在动子槽的左侧动子齿，空气隙，定子导磁块，右侧动子齿和该动子绕组包围的动子轭部闭合，此时该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最小；

当该动子槽中心线与两个定子导磁块之间的中心线对齐时，该绕组线圈产生的磁通对应的磁路磁阻最大，由于磁阻的变化会产生推进力并做功，因此，随着动子和定子之间的相对位置变化，持续不断的给绕组线圈通电时，便可持续地产生推进力并做功；

该绕组线圈所在动子槽两侧的动子齿均有磁通通过，并且均与该绕组线圈交链；

所述定子机座为非导磁材料；

所述非导磁材料为铝合金或有机塑材；

所述动子为凸极结构；

所述定子机座和动子铁心之间有空气隙。