一种基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机
本发明属于电机设计，具体涉及一种基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机。
背景技术：
1、永磁直线电机因其出色的能效比、卓越的转矩性能和高功率密度，在工业控制系统和现代轨道交通系统中扮演着关键角色。但是，面对永磁材料成本的不断攀升以及全球资源的稀缺性，研究者们正在积极寻求在不牺牲性能的前提下减少永磁材料使用的解决方案。尽管表贴式永磁直线电机在低速运行时能够提供较大的推力，但它们在磁阻推力方面的不足限制了永磁材料使用量的减少。近年来，一些学者提出了一种交替极永磁电机。这种设计通过调整磁路，实现了在减少永磁材料使用的同时，保持了电机的推力和效率。然而，其平均磁阻推力基本为零，且存在一定的漏磁现象，这限制了该类电机的性能进一步提升。然而，利用磁阻推力且利用漏磁以进一步提升推力密度的研究仍然较少。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对上述背景技术的不足，提供一种利用磁阻推力和漏磁的模块化交替极双定子直线电机，在减少永磁体用量、降低成本的同时，充分利用磁阻推力，以提升推力密度。此外，由于减少了对永磁体的依赖，增加了磁阻推力，因此，提高了电机系统在永磁体失磁情况下的可靠性。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：
3、一种基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，所述直线电机为长初级、短次级的双定子直线电机；上下两个初级相对应定子齿上电枢绕组的绕向相反，使得上下两个初级相对应定子齿的极性不同；上下两个初级存在(90+360k)到(135+360k)电角度的位移，k为整数；次级由n个相互分离的动子模块构成，n为大于等于2的偶数，每个动子模块均由铁心及一个嵌入铁芯且靠近运动一侧气隙表面的永磁体构成，形成交替极结构；该永磁体为纵向充磁永磁体，相邻动子模块的永磁体充磁方向相反。
4、本发明与现有技术相比，其显著优点是：
5、(1)本发明中的永磁体宽度小于动子模块宽度，且每两块永磁体可以形成双边定子的两对极，与传统的表贴式永磁电机相比，减少了动子表面的永磁体用量和块数，降低了成产成本。
6、(2)本发明的动子模块的永磁侧由于半铁极和永磁体交替排列，可最大程度利用磁阻转矩，增大推力，提高了电机在永磁体失磁情况下的可靠性。
7、(3)本发明的无永磁侧初级利用了动子模块在该侧的漏磁，进一步增加永磁体利用率，提高推力。
技术特征：
1.一种基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，所述直线电机为长初级、短次级的双定子直线电机；上下两个初级相对应定子齿上电枢绕组的绕向相反，使得上下两个初级相对应定子齿的极性不同；上下两个初级存在(90+360k)到(135+360k)电角度的位移，k为整数；次级由n个相互分离的动子模块构成，n为大于等于2的偶数，每个动子模块均由铁心及一个嵌入铁芯且靠近运动一侧气隙表面的永磁体构成，形成交替极结构；该永磁体为纵向充磁永磁体，相邻动子模块的永磁体充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，每两个动子模块间放置一块横向充磁永磁体，其充磁方向取决于其相邻纵向充磁永磁体的充磁方向：当其相邻的纵向充磁永磁体的充磁方向为由动子模块指向外部时，横向充磁永磁体的充磁方向为指向运动方向；当其相邻的纵向充磁永磁体的充磁方向为由外部指向动子模块时，横向充磁永磁体的充磁方向为指向运动方向的反方向。
3.根据权利要求1或2所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，定子齿上的电枢绕组采用集中绕组或分布绕组。
4.根据权利要求1或2所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，n个动子模块铁心结构完全相同。
5.根据权利要求1或2所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，每段动子铁心靠近一侧的气隙表面设有一个半铁极，靠近另一侧的气隙表面设有整铁极，每个动子模块的永磁体紧贴半铁极。
6.根据权利要求5所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，根据各动子模块在靠近双边气隙侧是否放置纵向充磁永磁体，分为永磁侧和无永磁侧：在永磁侧，以永磁体和半铁极的分界面将动子模块分为左右两部分，左右两部分的磁力线方向相反；各动子模块的左半部分与其左侧动子模块的右半部分磁力线方向相同；各动子模块的右半部分与其右侧动子模块的左半部分磁力线方向相同；在无永磁侧，由永磁体产生的漏磁形成单极性的整铁极，且该整铁极的磁力线方向与该动子模块的永磁体充磁方向一致。
7.根据权利要求5所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，在永磁侧，永磁交轴位于纵向充磁永磁体和半铁极的分界面上，永磁直轴位于动子模块之间的交界处，且永磁直轴与磁阻直轴存在偏移；在无永磁侧，永磁交轴位于动子模块之间的交界处，永磁直轴位于动子整铁极的中间，且永磁直轴与磁阻直轴重合。
8.根据权利要求5所述的基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，其特征在于，在永磁侧，磁阻交轴位于纵向充磁永磁体中间，磁阻直轴位于半铁极中间；在无永磁侧，磁阻交轴位于动子模块之间的交界处，磁阻直轴位于整铁极中间。
技术总结
本发明提供一种基于分段交替极动子的漏磁利用型双边错位定子直线电机，包括n段动子模块，n为偶数，动子模块依次沿电机运动方向均匀排列，模块间放置横向充磁永磁体；每个动子模块仅含有一个纵向充磁永磁体，且相邻纵向充磁永磁体充磁方向相反；每段动子靠近一侧气隙表面设有一个半铁极，靠近另一侧气隙表面设有一个整铁极；上下两个初级相对应的定子齿的极性不同，且相互存在(90+360k)到(135+360k)电角度的位移，k为整数。本发明充分利用磁阻转矩，提高了永磁失磁情况下的电机运行可靠性；同时，降低了永磁体用量，降低了生产成本；此外，该结构充分利用了模块化交替极结构中动子背铁的漏磁，从而进一步提高转矩。
技术研发人员：齐济,郭小强,花为
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5