[发明专利]新型双Ω型定子横向磁通永磁直线电机

说明书

技术领域

本发明属于横向磁通电机领域，具体涉及一种双Ω型定子铁心错列结构的新型双Ω型定子横向磁通永磁直线电机。

背景技术

随着社会的迅速发展，城市规模急剧膨胀，环境压力愈来愈严重，轨道车辆日渐成为公共交通的主流。作为轨道车辆核心装备的牵引电机，其电气和机械性能直接关系着系统效率及系统可靠性。同时，采用低速永磁直驱电机是未来轨道系统发展的大趋势，其高效率、高可靠性、长寿命、低噪音、低运行维护成本等诸多优点逐渐凸现。因此，业界关注的重点是新结构、大型化、高效率和高可靠性的新型直线电机研发，以此提高能量利用水平和车辆牵引技术升级。

横向磁通永磁电机（Transverse Flux Permanent Magnet Motor，TFPMM）的多极数的特点在低速永磁直驱式电机的选择上具有明显的优势，对该电机的研究结果均表明随着极数的增加，转矩密度将显著增大，完全满足低速直驱的要求。因此，新型横向磁通永磁电机的研发对我国城市轨道交通产业发展具有重要的战略意义和经济价值，有望成长为轨道交通电气牵引设备领域新的亮点。

传统径向磁场电机的气隙磁通方向是径向的，其旋转方向平行于磁通所在平面；轴向磁场电机的气隙磁通方向是轴向的，其旋转方向亦平行于磁通所在平面。由电机学理论可知：当电机结构一定时，电机输出转矩正比于铁心截面面积和绕组截面积。传统径向电机定子槽与定子齿在同一平面内，增加槽面积与增加齿宽相互矛盾、相互制约，轴向磁场电机亦如此。

然而，对于横向磁通永磁电机来说，电机的旋转方向则垂直于磁通所在平面，因此称作“横向磁通”。该电机定子铁心由硅钢片叠制且相邻定子铁心间隔一个极距，动子铁心上相邻永磁体极性相反，电枢绕组则嵌入定子铁心槽内。横向磁通永磁电机的最突出特点是其电枢绕组与主磁路在结构上完全解耦，巧妙避开了传统径向和轴向电机内铁心和电枢截面相互制约这一重大缺陷，可以根据需要独立调整线圈截面积和磁路尺寸来确定电机的电、磁负荷，获得更高的转矩密度和功率密度。因此，横向磁通永磁电机的功率密度较高，通常约为传统径向永磁电机的2~3倍，完全契合轨道交通电气牵引系统对低速大转矩的要求。

不同于传统直线电机的电流方向同运动方向垂直，主磁路中的闭合磁力线所在平面与电机运动平面平行，横向磁通永磁电机的电流方向与运动方向平行，横向磁通永磁电机主磁路的磁力线所在的平面垂直于电机运动平面。横向磁通永磁电机的结构复杂，内部磁场呈复杂的三维分布，是一个典型的三维场。

横向磁通永磁电机获得的转矩密度都是传统结构电机的几倍，而且直径较大的横向磁通永磁电机可以获得较大的转矩密度。国内外现有研究成果表明横向磁通永磁电机是一种合理应用新型永磁材料，合理巧妙设计电机定动子结构，实现磁通横向运行的一种新型结构电机，是对传统永磁电机在思维方式和设计理念两方面的突破。根据电机原理，一定功率前提下要减小电机直径、体积和重量，就必须增大电磁力。电磁力正比于磁通量和电流，传统径向磁通和轴向磁通电机中，导向磁通的铁心和传导电流的导线处于同一平面内，在电机直径一定的情况下，增加铁心面积和增大导体截面积相互矛盾。横向磁通电机（Transverse Flux Motor-TFM）解决了这个问题，其电枢绕组与主磁路在结构上完全解耦，因此可以根据需要独立调整线圈截面积和磁路尺寸来确定电机的电、磁负荷，获得更高的转矩密度。

近年来，虽然国内外众多研究机构对横向磁通电机开展了大量的研究工作，但是还存在一些问题亟待改进和解决。现有的横向磁通永磁电机只限于定子铁心沿径向或者轴向单侧开口，构成单相电机。定子铁心间隔一个极距排列，转子极数是定子极数的两倍，空间利用率较低且漏磁严重，转矩密度还有很大的提升空间。在同一个电枢上整合两组错列型式的Ω型定子铁心使电机结构更加紧凑，因此设计此款新型双Ω型定子横向磁通永磁直线电机。

发明内容

本发明的针对现有技术中的不足，提供一种直线型式、高功率密度和高转矩密度的新型双Ω型定子横向磁通永磁直线电机，以改善现有横向磁通永磁直线电机普遍存在的材料和空间利用率低且漏磁严重等亟待解决的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：