[发明专利]一种磁通反向型永磁直线电机及其应用

说明书

本发明公开了一种磁通反向型永磁直线电机，包括：设置有大开口槽的动子铁心，电枢绕组绕于动子铁心齿部；常规开槽的定子铁心，与动子铁心皆为导磁材料，其间以气隙间隔；贴合于动子铁心齿部的永磁体，既可以在一个动子齿放置两块充充磁方向相反的永磁体，也可以仅放置一块。本发明与传统磁通反向型永磁直线电机本比，具有动子槽开口大，可以在动子槽内绕制更多电枢绕组，且在相同动子长度内永磁体用量少，反电势大，能够实现兼顾高推力密度高和少的永磁体用量，因而特别适用于长定子、短动子的运动场合，如轨道交通用直线牵引电机等。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，具体涉及一种磁通反向型永磁直线电机及其应用。

技术背景

直线电机作为一种直接将电能转化为直线运动的机械能的机构，免去了传统直线运动系统中从旋转电机到直线运动所需的传动机构，因而能显著提升系统能效水平和鲁棒性。直线电机也因此受到了很多工业应用的青睐，如数控机床、轨道交通、新能源发电等装置。我国作为稀土资源大国，采用永磁直线电机产品则可进一步提升系统效率，减少零部件从而简化系统复杂度，提升系统稳定性。传统的永磁直线电机面临的主要问题之一是成本较高，而这主要是由于永磁体的成本较高。近年来为降低永磁体用量，磁通反向型永磁直线电机被提出并得到了一些发展，但由于永磁体放置在动子齿，限制了动子齿的宽度，因而这类电机的电枢绕组放置受限，电负荷并不高，最终导致电机出力有限。同时这类电机对永磁体的消耗依然较多。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出一种磁通反向型永磁直线电机，旨在解决现有技术不能兼顾高的出力与低永磁体用量的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种磁通反向型永磁直线电机，包括：一个动子和一个定子铁芯；

动子，包括开有多个动子槽的动子铁芯、电枢绕组以及永磁体；

动子槽开口率在0.5以上，电枢绕组设置于动子铁芯的各个动子槽中，永磁体置于动子铁芯的齿顶部；

定子铁芯与动子铁芯之间存在气隙，且两者可相对移动。

由于动子槽开口率为0.5以上，相较于现有的电机，直线电机动子槽内可放置更多的电枢绕组，且由于动子开口率的增加，在相同动子长度内动子齿数降低，使得永磁体数量减少，因此本发明所提供的技术方案能够提供更多的出力且降低永磁体用量。

作为本发明的进一步优选，动子齿顶开有槽，用于放置永磁体，且永磁体的充磁方向一致。

当直线电机工作时，一个充磁方向的永磁体会将相邻的铁磁材料磁化为另一极，进一步减少了永磁体用量的情况下并不会降低电机用于工作的永磁体磁场，因此本发明能够兼顾高出力和低的永磁体用量。

作为本发明的进一步优选，动子槽开口率为0.625，电机空载反电势最大且永磁体用量较少。

作为本发明的进一步优选，动子齿数n_m、电枢绕组磁场极对数P_a以及定子铁芯齿数n_s之间满足交替极磁通反向电机原理，即：

其中，i表示任意奇数，k表示任意非零自然数，GCD(n_m,P_a)表示动子齿数与电枢绕组磁场极对数的最大公约数。

作为本发明的进一步优选，还包括：还包括两个动子，各动子排布于同一直线上，两个相邻的动子由非导磁材料连接，每个动子的每相电枢绕组对称布置，并将动子依次记为第I个动子，第II个动子，第III个动子。

作为本发明的进一步优选，当第II个动子中A相电枢绕组的位置是第I个动子中C相电枢绕组所在的位置，第III个动子中的A相电枢绕组的位置是第I个动子中的B相电枢绕组所在的位置时，非导磁材料的宽度x由下式给出：