內電樞磁場增強型永磁磁通切換直線電的製造方法

2023-10-04 04:48:59 1

內電樞磁場增強型永磁磁通切換直線電的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種內電樞磁場增強型圓筒永磁磁通切換直線電機，包括初級、次級、初次級間氣隙及轉軸。所述初級包括：表貼轉軸設置的襯套，表貼襯套設置的輔助永磁體，永磁體中間填充材料，表貼輔助永磁體設置的初級鐵芯；初級鐵芯由類U型初級鐵芯組件組成，初級鐵芯組件間設置有軸向充磁永磁體，軸向充磁永磁體沿軸向N、S極交替排列；與初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體和輔助永磁體極性相同。次級設置在初級外，由間隔相等環形齒和槽組成，初級鐵芯槽內填充有集中式繞組，次級鐵芯上無繞組。本發明採用內電樞結構，漏磁少，無需隔磁防護，附加輔助永磁體，氣隙磁密高、推力密度高，可廣泛應用於海浪發電、電梯牽引等領域。
【專利說明】內電樞磁場增強型永磁磁通切換直線電機

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圓筒型直線電機，特別是涉及一種內電樞磁場增強型永磁磁通切換直線電機。
[0002]

【背景技術】
[0003]直線電機將電能直接轉化為直線運動的機械能，不僅省略了中間傳動機構，而且降低了系統損耗，非常適用於直線直驅式系統。
[0004]圓筒形直線電機為封閉的圓筒形機械結構，由於電機鐵心是閉合的，沒有橫向開斷，因此不存在橫向邊緣效應，電機內磁場沿圓周均勻連續分布，推進力密度高。圓筒形直線電機內定子槽為環形，電機繞組為同心繞組，沒有端部繞組，繞組利用率高，運行時銅耗低，有利於提高電機效率。此外，由於圓筒形直線電機為封閉結構，電機內定動子之間的法向磁拉力相互抵消，當電樞繞組通入電流時，定子磁場和動子磁場通過相互作用產生軸向電磁推力，實現電能和機械動能的轉化。現有技術圓筒型永磁磁通切換直線電機結構如圖1所示。
[0005]常用的直線電動機主要有直線感應電動機和直線同步電動機。直線感應電動機的次級結構比較簡單，但其功率因數和效率較低；直線同步電機則具有高效率、高功率密度等優點，但由於其繞組和永磁體分別位於初級和次級，使得電機結構比較複雜，增加成本。圓筒形永磁直線電機製造成本低，運行可靠性高，具有在各種惡劣條件下運行的優勢，維護成本低。在圓筒型磁通切換直線電機中，採用內電樞結構，轉軸表貼輔助永磁體，可以提高推力密度，適用於推力要求高的應用場合。
[0006]


【發明內容】

[0007]本發明的內容在於提供一種漏磁小、推力密度的內電樞磁場增強型圓筒永磁磁通切換直線電機。
[0008]本發明的具體技術方案如下:
一種內電樞磁場增強型圓筒永磁磁通切換直線電機，包括初級⑴、次級(3 )、初次級間氣隙及轉軸(4)，所述初級包括初級鐵芯，初級鐵芯包括帶U型槽的初級鐵心組件(1.4)和間隔式設於初級鐵芯組件間的軸向充磁永磁體(1.5)，軸向充磁永磁體沿軸向N、S極交替排列；初級鐵芯的U型槽內填充有集中式繞組(2);次級包括等間隔的環形槽(3.1)和環形齒(3.2),所述初級還包括表貼於轉軸(4)外表面的導磁襯套(1.1)，表貼於導磁襯套外表面設置的輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)，輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)相間排列，帶U型槽的初級鐵芯組件(1.4)表貼於輔助永磁體(1.2)的外表面設置，次級(3)設置在初級(1)外圈。
[0009]帶U型槽的鐵芯組件中間的軸向充磁永磁體(1.5)結構為圓餅狀，內、外徑與鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級鐵芯組件及其內表面表貼的軸向充磁永磁體(1.5)和輔助永磁體(1.2)極性相同。
[0010]表貼於導磁襯套(1.1)設置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁，為圓筒狀，沿軸向N極、S極交替排列；軸向充磁永磁體(1.5)結構為圓餅狀，其內、外徑與帶U型槽的初級鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁輔助永磁體(1.2)極性相同。
[0011]表貼導磁襯套設置的輔助永磁體(1.2)，其充磁方向與轉軸4成30°?150°角；輔助永磁體(1.2)的軸向截面為平行四邊形，其兩個短邊分別於帶U型槽的初級鐵芯(1.4)內表面和導磁襯套外(1.1)表面相接觸，其兩個長邊與充磁方向相互垂直；帶U型槽的初級鐵心組件(1.4)內表面相鄰放置的兩個輔助永磁體(1.2)組成V型，充磁方向相對，相鄰兩個初級槽內表面下放置的兩組永磁體充磁方向相背,相鄰四塊永磁體組成一組W型永磁體，各輔助永磁體的間隔區域為永磁體填充材料(1.3)。
[0012]表貼導磁襯套設置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁，為圓筒狀，沿軸向N極、S極交替排列；所述軸向充磁永磁體(1.5)軸向截面為凸型，外徑與鐵芯組件外徑相同，內徑與導磁襯套(1.1)外徑相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同；輔助永磁體(1.2)與軸向充磁永磁體(1.5)表貼在襯套外表面沿軸向交替緊密排列。
[0013]所述導磁襯套，其材料採用導磁材料。
[0014]所述輔助永磁體(1.2)的軸向長度大於初級U型槽槽寬，輔助永磁體(1.2)沿導磁襯套(1.1)軸向排列，相鄰輻助永磁體中間有空隙。
[0015]空隙內填充輕質非導磁材料，如玻璃鋼。
[0016]所述導磁襯套(1.1)，其材料採用非導磁材料，具體為銅、鋁或不鏽鋼。
[0017]本發明相比現有技術具有如下有益效果:
本發明與現有圓筒直線電機相比，主要技術特點是:
採用內電樞結構、由軸向充磁永磁體和沿徑向充磁輔助永磁體的合理配置，使電機的漏磁較少，氣隙磁密大幅提高、功率密度較高，在體積相同的條件下，與傳統的外電樞圓筒型磁通切換永磁直線電機相比，功率密度(平均推力/永磁體體積)提高了 50%以上。
[0018]永磁體和初級位於內部，初級槽口向外，便於繞組的填充與連接，簡化了電機加工工藝
本發明中，次級位於外部，具有磁防護功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是現有技術圓筒型永磁磁通切換直線電機結構示意圖。
[0020]圖2是本發明實施例一結構示意圖。
[0021]圖3是本發明實施例一磁路示意圖。
[0022]圖4是本發明實施例二結構示意圖。
[0023]圖5是本發明實施例三結構示意圖。
[0024]圖6是本發明實施例四結構示意圖。
[0025]圖中，1-初級，2-繞組，3-次級，1.1-導磁襯套，1.2_輔助永磁體，1.3_填充材料，1.4-帶U型槽的初級鐵芯組件，1.5-軸向充磁永磁體，3.1-次級環形槽，3.2-次級環形齒，4_轉軸。
[0026]

【具體實施方式】
[0027]實施例一
下面僅以圖二所示的三相6/7結構內電樞磁場增強型圓筒永磁磁通切換直線電機為例，詳細闡述本發明的【具體實施方式】。
[0028]實施例一:
參見圖2，本發明的內電樞磁場增強型圓筒永磁磁通切換直線電機，包括初級(1)、次級(3 )、初次級間氣隙及轉軸(4 )。
[0029]初級包括:表貼轉軸設置的導磁襯套(1.1)，表貼導磁襯套設置的徑向充磁的輔助永磁體(1.2)，永磁體中間填充玻璃鋼等填充材料(1.3)，表貼徑向充磁的輔助永磁體設置的初級鐵芯；初級鐵芯由初級鐵芯組件(1.4)組成，初級鐵芯組件間設置有軸向充磁永磁(1.5 )，軸向充磁永磁體N、S極交替排列與初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5 )和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同，其軸向長度略大於初級槽寬，輔助永磁體(1.2)沿導磁襯套軸向排列，相鄰永磁體之間有空隙。次級設置在初級外，由間隔相等環形齒(3.2)和槽(3.1)組成，初級鐵芯槽內填充有集中式繞組(2)，次級鐵芯上無繞組。初級(1)、次級
(2)級都是圓柱形，初級設置在內圈，次級設置在外圈，即初級外徑小於次級內徑。初級軸向有效長度可以大於次級軸向有效長度，也可以小於次級軸向有效長度。
[0030]軸向充磁永磁體(1.5)沿電機軸向充磁，為圓環狀，N極、S極交替排列。初級鐵芯由軸向充磁永磁體(1.5)和緊貼在永磁體兩側的初級鐵芯組件(1.4)的邊構成，初級齒槽內填充餅狀集中式電樞繞組(2)，繞組為單層單極性，每槽填充一層繞組，按ABCABC極性順序連接。所述的徑向充磁輔助永磁體(1.2)沿圓周半徑方向充磁，為圓筒狀，N極、S極交替排列，與初級鐵芯組件(1.4)接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)的極性相同。初級鐵芯組件之間設置的軸向充磁永磁體(1.5)和初級鐵芯組件(1.4)交替排列，軸向充磁永磁體(1.5)的數量與徑向充磁的輔助永磁體(1.2)的數量多一塊，徑向充磁的輔助永磁體(1.2)的數量與初級槽數相同。
[0031]圖3為該電機的磁路不意圖，軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁輔助永磁體(1.2)磁場疊加，磁鏈都穿過繞組(2)與次級鐵芯閉合，達到增磁的狀態，氣隙中磁密增加。圖中虛線表示永磁體的磁力線。
[0032]初級鐵芯(1.4)為U型圓柱結構，相鄰兩U型鐵芯之間為永磁體(1.5)，U型鐵芯由矽鋼片沿軸向疊制而成。
[0033]次級為柱形齒槽結構的導磁體，採用鋼次級或者混有導磁性較好的合金。次級齒的寬度與初級齒的寬度相同。或略微不等。次級齒軸向截面可以為倒梯形，也可為矩形。次級上無繞組，由鑄鐵整體加工而成。轉軸上表貼的襯套為導磁材料。徑向充磁永磁體間的間隙可填充輕質非導磁材料，如玻璃鋼等，以增加電機強度。
[0034]實施例二
如圖4所示，實施例二與實施例一的區別在於，轉軸襯套(1.1)為非導磁材料，沿轉軸襯套設置的輔助永磁體(1.2)的數量為實施例一中徑向充磁的輔助永磁體的數量的兩倍，且充磁方向有所改變。在本實施例中，所有的輔助永磁體(1.2)的充磁方向都是與轉軸成一定角度的(30° -150° )，使得在一定的體積內可以放置更多的永磁體。輔助永磁體(1.2)的軸向截面為平行四邊形，其兩個短邊分別於初級內表面和轉軸襯套外表面相接觸，其兩個長邊與充磁方向相互垂直。每個初級槽內表面下放置的兩個永磁體組成V型，充磁方向相對，相鄰兩個初級槽內表面下放置的兩組永磁體充磁方向相背，四塊永磁體組成一組W型永磁體。W型永磁體之間為鐵芯。與初級鐵芯組件及其內表面下的鐵芯相接觸的永磁體極性相同。使得每組V型永磁體產生的磁通都向中間的鐵芯聚磁，增大了永磁體產生的磁通與磁勢。
[0035]實施例三
如圖5所示，實施例三與實施例一的區別在於，轉軸襯套(1.1)為非導磁材料，軸向充磁永磁體(1.5)軸向截面為凸型，輔助永磁體(1.2)間不存在間隙。實施例三中，表貼襯套設置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁，為圓筒狀，沿軸向N極、S極交替排列；類U型鐵芯組件中間的永磁體軸向截面為凸型，外徑與類U型鐵芯組件外徑相同，內徑與襯套外徑相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同；徑向充磁的輔助永磁體(1.2)與軸向充磁永磁體(1.5)表貼在襯套外表面沿軸向交替緊密排列。
[0036]實施例四
如圖6所示，實施例四與實施例一的區別在於，實施例一採用單層單極性繞組，本實施例採用雙層雙極性繞組。本實施例中，初級每槽內填充雙層繞組，按照AXBYCZ極性順序連接。
【權利要求】
1.一種內電樞磁場增強型圓筒永磁磁通切換直線電機,包括初級(I )、次級(3)、初次級間氣隙及轉軸(4)，所述初級包括初級鐵芯，初級鐵芯包括帶U型槽的初級鐵心組件(1.4)和間隔式設於初級鐵芯組件間的軸向充磁永磁體(1.5)，軸向充磁永磁體沿軸向N、S極交替排列；初級鐵芯的U型槽內填充有集中式繞組(2);次級包括等間隔的環形槽(3.1)和環形齒(3.2)，其特徵在於:所述初級還包括表貼於轉軸(4)外表面的導磁襯套(1.1)，表貼於導磁襯套外表面設置的輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)，輔助永磁體(1.2)和永磁體中間填充物(1.3)相間排列，帶U型槽的初級鐵芯組件(1.4)表貼於輔助永磁體(1.2)的外表面設置，次級(3)設置在初級(I)外圈。
2.根據權利要求1所述的直線電機，其特徵在於:帶U型槽的鐵芯組件中間的軸向充磁永磁體(1.5)結構為圓餅狀，內、外徑與鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級鐵芯組件及其內表面表貼的軸向充磁永磁體(1.5)和輔助永磁體(1.2)極性相同。
3.根據權利要求1或2所述的直線電機，其特徵在於:表貼於導磁襯套(1.1)設置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁,為圓筒狀,沿軸向N極、S極交替排列；軸向充磁永磁體(1.5 )結構為圓餅狀，其內、外徑與帶U型槽的初級鐵芯組件相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與帶U型槽的初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁輔助永磁體(1.2)極性相同。
4.根據權利要求1所述的直線電機，其特徵在於:表貼導磁襯套設置的輔助永磁體(1.2)，其充磁方向與轉軸4成30°?150°角；輔助永磁體(1.2)的軸向截面為平行四邊形，其兩個短邊分別於帶U型槽的初級鐵芯(1.4)內表面和導磁襯套外(1.1)表面相接觸，其兩個長邊與充磁方向相互垂直；帶U型槽的初級鐵心組件(1.4)內表面相鄰放置的兩個輔助永磁體(1.2)組成V型，充磁方向相對，相鄰兩個初級槽內表面下放置的兩組永磁體充磁方向相背，相鄰四塊永磁體組成一組W型永磁體，各輔助永磁體的間隔區域為永磁體填充材料(1.3)。
5.根據權利要求1所述的直線電機，其特徵在於:表貼導磁襯套設置的輔助永磁體(1.2)沿圓周徑向充磁,為圓筒狀,沿軸向N極、S極交替排列；所述軸向充磁永磁體(1.5)軸向截面為凸型，外徑與鐵芯組件外徑相同，內徑與導磁襯套(1.1)外徑相同，沿軸向充磁，沿軸向N、S極交替排列；與初級鐵芯組件接觸的軸向充磁永磁體(1.5)和徑向充磁的輔助永磁體(1.2)極性相同；輔助永磁體(1.2)與軸向充磁永磁體(1.5)表貼在襯套外表面沿軸向交替緊密排列。
6.根據權利要求2所述的直線電機，其特徵在於:所述導磁襯套，其材料採用導磁材料。
7.根據權利要求2所述的直線電機，其特徵在於:所述輔助永磁體(1.2)的軸向長度大於初級U型槽槽寬，輔助永磁體(1.2)沿導磁襯套(1.1)軸向排列，相鄰輻助永磁體中間有空隙。
8.根據權利要求6所述直線電機，其特徵在於:空隙內填充輕質非導磁材料，如玻璃鋼。
9.根據權利要求3或4所述的直線電機，其特徵在於:所述導磁襯套(1.1)，其材料採用非導磁材料，具體為銅、鋁或不鏽鋼。
【文檔編號】H02K41/03GK104319976SQ201410656293
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】譚強, 黃旭珍, 王慶龍, 周波 申請人:南京航空航天大學