一種無軛部分段式雙邊永磁磁通切換直線電機的製作方法
2023-05-08 08:21:09
1.本實用新型涉及直線電機製造技術領域，具體涉及一種無軛部分段式雙邊永磁磁通切換直線電機。
背景技術：
2.地鐵已成為現代都市日常交通的重要組成部分，而地鐵門和屏蔽門的精準驅動和控制作為保證地鐵準點安全運行中不可或缺的一環正逐漸受到關注。電機和傳動機構是地鐵門驅動和控制的重要組成部件。目前，主流的傳動機構依然是採用旋轉電機配合不變導程絲杆為主的，但是由於增加了一級中間傳動機構，系統的複雜度，可靠性，效率和動態性能都有所下降。而基於直線電機的直驅型技術由於省去了中間複雜的傳動機構，使得系統效率，動態性能和可靠性都大幅提高，因此，在地鐵門機的驅動和控制領域中有著廣泛的應用前景。
3.然而，地鐵門機應用場合由於安裝空間有限，因此對直線電機的體積和重量有著極大的限制。而永磁直線電機由於結構簡單，效率及推力密度高，往往是地鐵門機用直線電機的首選。同時，考慮到地鐵門機的有效行程及運動空間，短次級永磁直線電機應用廣泛。短次級永磁直線電機按運動部件的不同可分為短次級動磁式永磁直線電機和短次級動圈式永磁直線電機。其中，短次級動圈式永磁直線電機由於動子帶有拖鏈，永磁體用量多，將導致系統可靠性降低，材料成本及維護成本增加。因此，短次級動磁式永磁直線電機用於地鐵門機應用場合更為合適。但是，直線電機固有的邊端效應使得短次級動磁式永磁直線電機用於地鐵門機場合依然存在三相磁鏈不對稱，定位力及推力波動大的問題。此外，傳統磁路並聯式短次級動磁式永磁直線電機由於初級軛部存在，使得電樞繞組安裝空間有限，將導致直線電機的重量增加，推力密度受到限制。因此，減小短次級動磁式永磁直線電機的邊端效應及其帶來的三相磁鏈不對稱，定位力及推力波動大的問題，降低短次級動磁式永磁直線電機的重量，提高短次級動磁式永磁直線電機的推力密度是此類直線電機應用到地鐵門機場合中必須要解決的問題。
技術實現要素：
4.實用新型目的：本實用新型的目的是提供一種能夠解決三相磁鏈不對稱、定位力及推力波動大的問題以及其實際應用中存在的重量大、推力密度受限等問題的無軛部分段式雙邊永磁磁通切換直線電機。
5.技術方案：本實用新型所述的無軛部分段式雙邊永磁磁通切換直線電機，包括作為定子的初級組件和作為動子的雙邊次級組件，初級組件包括導磁鐵芯以及繞制在導磁鐵芯的導磁齒上的電樞繞組，雙邊次級組件包括上次級組件和下次級組件，上次級組件和下次級組件均由若干個導磁背板和永磁體組成的獨立單元模塊排列而成，任一單元模塊內的兩塊永磁體的充磁方向相反，上次級組件中與下次級組件相對應的兩塊永磁體的充磁方向相同，永磁體的充磁方向與導磁鐵芯的導磁齒中心線方向相平行。
6.在上述技術方案中，採用分段式結構的初級組件和次級組件，配合集中式電樞繞組，實現了直線電機的模塊化加工，大大提高了直線電機的加工效率，降低了製造成本，還能夠降低電機的總重量，符合實際應用需求；獨立的單元模塊形成的閉合磁路極大地消除了直線電機固有的邊端效應，使得電樞繞組三相磁鏈高度對稱，有效降低了直線電機的推力波動，同時，獨立的單元模塊可使得空載時氣隙磁密相對較小，由此降低了直線電機的定位力。整體上採用的串聯式磁路以及無軛部的導磁鐵芯結構，可增大電樞繞組的安裝空間，從而提高直線電機的推力密度。本方案提出的直線電機結構具備永磁調製電機的「自增速」效應，使其在低速場合可以輸出較高的推力，從而符合地鐵門機等實際應用，此外，該直線電機其相電樞繞組線圈之間存在互補特性，使得最終合成的相繞組磁鏈中偶次諧波基本被消除，三相電樞反電勢正弦度高。
7.優選的，相鄰的兩個導磁齒中心線的間距為τs，單元模塊的數量為n，相鄰的兩個單元模塊之間的距離為λ＝12*τs/n。
8.優選的，永磁體為矩形、梯形或削極結構。
9.優選的，上次級組件和下次級組件的導磁背板由整塊軟鐵或矽鋼片疊壓而成。
10.優選的，導磁鐵芯和電樞繞組由環氧樹脂澆灌封成一體。
11.優選的，導磁鐵芯為無軛部直槽結構，電樞繞組採用全齒繞結構或隔齒繞結構，直槽結構的導磁鐵芯配合全齒或隔齒結構的集中式電樞繞組能夠增大繞組空間，從而提升直線電機的推力密度。
12.優選的，初級組件和雙邊次級組件之間有間隙，且雙邊次級組件的縱向長度小於初級組件。
13.有益效果：本實用新型與現有技術相比，其具有的優點：1、分段式結構的初、次級組件配合集中式的電樞繞組，降低了直線電機的製造成本和總重量，提高了直線電機的推力密度；2、分段式的獨立單元模塊極大地消除了直線電機固有的邊端效應，使得電樞繞組三相磁鏈高度對稱，降低了直線電機的推力波動，減小了定位力。
附圖說明
14.圖1為本實用新型在實施例一中的結構示意圖；
15.圖2為本實用新型在實施例一種的運行原理圖；
16.圖3為本實用新型在實施例二中的結構示意圖；
17.圖4為本實用新型在實施例三中的結構示意圖；
18.圖5為本實用新型在實施例四中的結構示意圖。
具體實施方式
19.下面結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步說明。
20.如圖1所示，所述的無軛部分段式雙邊永磁磁通切換直線電機，包括作為定子的初級組件和作為動子的雙邊次級組件，初級組件與雙邊次級組件之間有間隙，且雙邊次級組件的縱向長度小於初級組件。
21.初級組件包括導磁鐵芯1以及繞制在導磁鐵芯1的導磁齒上的電樞繞組2，此處導磁鐵芯1為無軛部直槽結構，相鄰的兩個導磁齒中心線間的距離為τs，電樞繞組2以全齒繞
結構集中繞制在導磁鐵芯1的導磁齒上。
22.雙邊次級組件包括上次級組件3和下次級組件4，其中上次級組件3由若干個、本實施例中為7個完全相同的獨立單元模塊3-i，i＝1，2，
……
，7組成，下次級組件4也由相對應的7個完全相同的獨立模塊4-j，j＝1，2，
……
，7組成，每個獨立單元模塊3-i和4-j，i，j＝1，2
……
，7都由導磁背板5和永磁體6組成，且相鄰的兩個單元模塊之間的距離為λ＝12*τs/7。
23.永磁體6採用離心削極結構，微嵌於導磁背板5的表面上，其充磁方向平行於導磁鐵芯1的導磁齒中心線方向，且任一次級獨立單元模塊的兩塊永磁體6充磁方向相反，同時，上次級組件3中與下次級組件4中相對應的兩塊永磁體6的充磁方向相同，永磁體6的充磁方向與導磁鐵芯1的導磁齒中心線方向相平行。
24.如圖2所示，該圖表示了上述實施例中直線電機的運行原理。以電樞線圈a為例，當上、下次級組件相對位置上的獨立單元模塊3-7和4-7位於位置1時，電樞線圈a幾乎匝鏈不到永磁磁鏈，即此位置電樞線圈a匝鏈的永磁磁鏈幾乎為0。隨著雙邊次級組件往右運動，上、下次級組件相對位置上的獨立單元模塊3-7和4-7運動到位置2時，獨立單元模塊上的永磁體6與初級導磁齒對齊，永磁磁通由上而下穿過電樞線圈a，並經由其左邊相鄰初級導磁齒形成閉合磁路，此時電樞線圈a中匝鏈的磁鏈達到正向最大。當雙邊次級組件繼續運動到位置3時，同一獨立單元模塊上的兩個永磁體的永磁磁通經氣隙及初級導磁齒短路，此時，電樞線圈a匝鏈的永磁磁鏈基本為0。隨著雙邊次級組件繼續向右運動至位置4時，永磁磁通由下而上穿過電樞線圈a，並經由其右邊相鄰初級導磁齒形成閉合磁路，此時點數線圈a中匝鏈的磁鏈達到負向最大。最後，雙邊次級組件繼續運動使得下一組上、下次級組件相對位置上的獨立單元模塊3-6和4-6運動至位置1，完成一個完整的電周期。因此，隨著雙邊次級組件的循環往復運動，每個電樞線圈都可感應出相對正弦的周期性交磁鏈及反電勢，當電樞繞組中通入適當相位的電樞電流後，此直線電機就會產生方向固定的持續推力。
25.如圖3所示，在該實施例中，初級組件中的電樞繞組2採用隔齒繞結構集中繞制在導磁鐵芯1的導磁齒上，相當於電樞繞組2採用單層集中繞組結構，且每兩個電樞線圈之間存在一個容錯齒。
26.如圖4所示，在該圖中，獨立的單元模塊有5個，關係滿足λ＝12*τs/5，圖5為在該情況下，電樞繞組2採用隔齒繞結構的示意圖。