[发明专利]一种永磁环定子圆筒形直线开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种圆筒形电机，尤其涉及一种永磁环定子圆筒形直线开关磁阻电机。

背景技术

直线电机将电能直接转化为直线运动的机械能，不仅省略了中间传动机构，而且降低了系统损耗，非常适用于直线直驱式系统。

平板形直线电机为两端开断的开放式平板结构，电机铁心两侧存在横向开断，有明显的横向边缘效应，造成电机内磁场分布不连续，影响电机的运行性能。平板形直线电机的绕组方式与旋转电机类似，存在端部绕组，当铁心长度较长并采用分布式绕组形式时，绕组利用率低，铜耗增加，降低了电机的运行性能。平板形直线电机除了产生直线推进力之外，还会在定子和动子之间产生法向磁拉力，加重导轨负荷，降低导轨的使用寿命。

圆筒形直线电机的机械结构、工作原理和性能特点与平板形直线电机完全不相同，圆筒形直线电机为封闭的圆筒形机械结构，由于电机铁心是闭合的，没有横向开断，因此不存在横向边缘效应，电机内磁场沿圆周均匀连续分布，推进力密度高。圆筒形直线电机内定子槽为环形，电机绕组为同心绕组，没有端部绕组，绕组利用率高，运行时铜耗低，有利于提高电机效率。此外，由于圆筒形直线电机为封闭结构，电机内定动子之间的法向磁拉力相互抵消，当电枢绕组通入电流时，定子磁场和动子磁场通过相互作用产生轴向电磁推力，实现电能和机械动能的转化。

由于工作原理和内在电磁场分布的不同，适用于平板形直线电机的技术方案不能直接应用于圆筒形直线电机中。与平板形直线电机相比，圆筒形直线电机具有以下显著优点：

1、电机结构简单，密封性能好，运行时不受离心力影响；

2、电机内没有横向开断，磁路连续，没有横向边缘效应，运行性能好；

3、绕组为同心盘式绕组，没有端部绕组，绕组利用率高；

4、电机为封闭的圆筒结构，有效克服法向磁拉力；

5、电机密封性能好，与开放式的平板形直线电机相比，不易受到外界灰尘的干扰，运行稳定性好，维护成本低。

圆筒形直线开关磁阻电机制造成本低，运行可靠性高，具有在各种恶劣条件下运行的优势，维护成本低，整个系统效率高于圆筒形直线感应电动机。但由于磁阻转矩的特性，电机推进力密度较低，因此，提高圆筒形直线电机的推进力密度，是亟待解决的问题。另外，现有圆筒型直线开关磁阻电机存在动子轭部，电机动子重量大，绕组通电时只有一部分磁路被有效利用，电机铁磁材料利用率低，功率密度和推进力密度低。

在直线开关磁阻电机中，一般将安装有绕组的一侧固定不动，没有绕组的一侧作为动子，可以省去直线运动部分的电源缆线，进而简化电机的结构，提高驱动系统运行的稳定性。在圆筒形直线开关磁阻电机中，采用导磁环结构可以省去铁心轭部，减小动子质量，提高推进力密度，但依旧存在漏磁大、有效磁通利用率低和铜耗高的缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种永磁环定子圆筒形直线开关磁阻电机，它具有减小电机漏磁，提高有效磁通利用率，提高直线电机的推进力密度，提高绕组利用率和铁心材料利用率，减少动子质量，提高系统动态响应能力等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种永磁环定子圆筒形直线开关磁阻电机，它包括动子筒和动子筒，所述动子筒包括动子导磁环和非导磁动子套筒，所述动子导磁环固定在动子非导磁动子套筒上，或与动子非导磁套筒同轴拼接构成动子筒；所述定子筒包括定子铁心，所述定子铁心一次成型或者有多个部分沿轴向拼接而成，所述定子铁心上设有动子齿、环形定子槽和动子轭部，环形定子槽内安放有一套定子绕组和一个永磁环，所述永磁环安放在环形定子槽的槽口处，所述永磁环由高性能永磁材料制成，永磁环沿轴向充磁，相邻两个永磁环的充磁方向相反，所述定子绕组为同心共轴绕组，围绕动子筒中轴线缠绕。

所述动子筒和定子筒同轴，动子筒安放在定子筒内侧。

所述动子导磁环和非导磁动子套筒沿轴向均匀分布。

所述非导磁动子套筒由非导磁材料制成。

所述非导磁材料为铝合金或有机塑材。

所述动子导磁块由高导磁率材料制成。

所述动子筒和定子筒之间设有环形空气隙。

所述定子绕组一个线圈所在环形定子槽中心线与一个动子导磁环中心线对齐时，属于同一相的另外一个线圈所在环形定子槽中心线与另一个动子导磁环中心线对齐。

所述永磁环的材料为钕铁硼或者稀土钴。