半隔磁式双励磁直线同步电机

摘要

本发明公开了一种半隔磁式双励磁直线同步电机。它包括初级铁芯、初级绕组、次级铁芯、次级励磁绕组、次级励磁绕组线槽、永磁体、发电机和齿槽，次级励磁绕组绕铁芯齿上，放在次级励磁绕组线槽内，其特征在于励磁用的永磁体在每一磁极下设有两块，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部中间的嵌槽内，互成120°的夹角向上，每对永磁体相接近的端部之间设有梯形的隔磁空气；同一磁极下两永磁体同极性的面朝向相同，N、S磁极沿次级的轭部长度方向交替分布；永磁体的上端部与次级励磁绕组线槽靠近，由次级铁芯的磁桥相连接。次级铁芯的整体性好，同等条件下电机的悬浮力和推力显著增大。它主要应用于磁悬浮交通系统驱动、物流线驱动的多种场合。

说明书

                                 技术领域

本发明属于直线同步电动机。具体地说是一种长定子(初级)混合励磁的直线同步电机。

                                 技术背景

传统的直线同步电机有两种单独的励磁方式，一种是利用直流绕组产生的电励磁，这种励磁方式可通过调节励磁电流的大小来调节悬浮力和推力的大小；另一种是通过永磁体提供励磁磁场，由于没有励磁电功率损耗，这种励磁方式的效率较高，但缺点是无法调节励磁磁场的大小，也就无法通过调节励磁来控制悬浮力和推力的大小。因此，混合励磁的方式得到广泛关注并开始获得应用，在直线电机领域的应用研究也有了很大进展。

中国专利03129181.3公开的“永磁与电磁混合励磁的长定子直线同步电机”。它包括励磁绕组、磁极铁芯，长定子铁芯和电枢绕组。直流发电机的绕组线圈嵌在次极铁芯的表面齿槽内；而次极铁芯内嵌有永磁体，永磁体嵌设在次极齿中部并靠近磁轭；永磁体的极性与励磁绕组电励磁极性方向一致，由直线发电机提供励磁电流。从而提高励磁磁势达11850安匝和悬浮气隙高度达至少为0.15厘米(励磁电流为25安情况下)。具体地说，其永磁体平嵌在次级齿内靠近磁轭，或者是粘贴在次级齿表面上，即是说每个极的永磁体提供磁通的截面积与齿的截面积是相同的，通常永磁体提供每极磁通的截面积会受到限制，会影响效率发挥。

                                 发明内容

本发明提供的是一种有永磁体和直流电励磁绕组双励磁的直线同步电机。它能利用永磁体的高效励磁性能，使电机在同样体积下产生更大的悬浮力和推力，在利用电励磁绕组调节励磁磁场大小，起到灵活控制悬浮力和推力的同时，使每极的永磁体能够提供更大的磁通截面积，从而得到更高的效率。

本发明的原理在于将永磁体倾斜放置在次级轭部内，每一极下两块永磁体配对放置，两永磁体下端部之间设置有梯形隔磁空气槽，上端部为磁桥连接结构。磁桥结构虽然导致了永磁体在次级轭部内的漏磁增加，但是保证了次级铁芯的结构完整性。磁桥宽度设计尽量取较小值，使得此处的磁场更容易饱和，以尽量减小通过磁桥的漏磁通；磁桥宽度过小，又要影响机械强度，应选取适当的值。次级轭部铁芯中永磁体安放槽的厚度要略大于永磁体的厚度，以方便永磁体的安装。永磁体装进槽内后，与槽壁间甚至无需用胶粘接。

本发明的半隔磁式双励磁直线同步电机，包括初级铁芯、初级绕组、次级铁芯、次级励磁绕组、永磁体、梯形隔磁空间、发电机和绕组线圈的齿槽，次级励磁绕组绕在每个次级铁芯齿部，其特征在于每一磁极下装有两块励磁用的永磁体，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部中间的嵌槽内，两永磁体倾斜成120°的夹角向上，每对永磁体接近的对应端端部设有隔磁的空气间隔；同一磁极下的两永磁体同一极性的面朝向相同，N、S磁极在次级铁芯中交替分布；永磁体分开的上端部与次级励磁绕组线槽靠近，由次级铁芯的磁桥相连接。

本发明的半隔磁式双励磁直线同步电机，由于将永磁体倾斜放置在次级轭部内，并尽量减小了永磁体在次级轭部内的漏磁，使永磁体产生的磁通尽可能地被引导到直线电机初级和次级间的有效气隙中去，达到了增大悬浮力和推力的效果。

同时由于采用永磁体和直流电励磁绕组混合励磁结构，保持了电励磁调节灵活的优点和永磁励磁高效的优点，使悬浮力、推力的调节和高效励磁得到了兼顾。

与表面粘贴式结构相比，有更大的每极永磁体提供磁通截面积，且有更好的抗去磁能力，安放永磁体位置处散热能力也较强。另外，电机安装更加方便，结构整体性良好。

它主要应用于磁悬浮交通系统驱动、物流线驱动等多种场合。

                                 附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中：1、初级铁芯；2、初级绕组；3、次级铁芯；4、次级励磁绕组；5、次级励磁绕组线槽；6、永磁体；7、梯形隔磁空气槽；8、磁桥连接部；9、次级叠片固定孔；10、齿槽。

                               具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明技术方案作进一步描述：

图1是本发明半隔磁式双励磁直线同步电机的基本结构示意图。它包括初级铁芯1、初级绕组2、次级铁芯3、次级励磁绕组4、次级励磁绕组线槽5、永磁体6、发电机和绕组线圈所在的齿槽10，次级励磁绕组4绕在每个次级的齿上，其特征在于励磁用的永磁体6在每一磁极下设有两块，倾斜放置，相互对应，固定在次级轭部中的嵌槽内，互相成120°的夹角向上，每对永磁体6接近的对应端部设有隔磁的梯形空气槽7；在同一磁极下两块永磁体6相同极性的面朝向一致，N、S磁极沿次级的轭部长度方向交替分布；永磁体6的上端部与次级励磁绕组线槽5靠近，由次级铁芯的磁桥相连接。它保持了次级铁芯的整体性，磁桥宽度优选为1-3mm。车载发电机的绕组线圈放置在次级铁芯齿表面的齿槽10内。

永磁体6为板条状，充磁方向为厚度方向，即两个最大的表面分别为N、S极面。先将次级铁芯叠片用螺栓通过固定孔9装配起来，再将永磁体6插入次级铁芯轭部中的嵌槽内，加工的嵌槽尺寸略大于永磁体的尺寸，以方便永磁体的安装。永磁体采用高剩磁密度、高矫顽力的钕铁硼永磁材料。

次级铁芯边缘部分的磁桥8虽然会导致永磁体在次级轭部内的漏磁增加，但它却保证了次级铁芯结构的机械完整性。磁桥宽度要尽可能取小数值，使得次级轭部在此处的磁场较容易饱和，可以尽量减小通过磁桥的漏磁通量。但过小的磁桥宽度要影响次级铁芯的机械强度，优选为1-3mm。次级中永磁体嵌槽的厚度要比永磁体的厚度略大，方便安装即可。永磁体装进槽后，必要时才需作槽壁间的填装处理。

次级上在每个齿上缠绕电励磁绕组后构成了一个电励磁极，其匝数和线径根据所需总励磁安匝数与每极下永磁体的等效安匝数之差值而定，并保证电励磁产生的磁场方向与永磁体产生的磁场方向一致；一对磁极下的电励绕组反相串联，再将各对极的电励绕组并联。根据实际需要调节励磁磁场强弱，起到调节悬浮力和推力大小的作用。

工作时，初级作为长定子以导轨方式固定(如磁悬浮车辆的轨道)，在初级绕组线圈中通上交流电流，与次级励磁磁场共同作用将产生直线行进的电磁推力。

次级作为动子，为短次级结构。在次级中斜置安装的永磁体产生永磁励磁磁场，它提供了所需励磁磁场的不变部分；在次级的直流励磁绕组中通以直流电后产生电励磁磁场，它提供了所需励磁磁场的交变部分，由于励磁电流可调，因此，此部分励磁磁场是可调的。这两种励磁磁场在气隙中合成为总的励磁磁场，在初级绕组中接通上交流电后，初级与次级相互作用将推动次级带着运载物一起沿定子形成的导轨运动。电机运行时，只需调节次级电励磁绕组的励磁电流，即可对负载的变化进行实时响应，使悬浮力与承载重量相平衡。以磁悬浮试验线驱动为例，按电励磁绕组匝数是256匝，电流15A估算，半隔磁式双励磁直线电机较纯电励磁直线电机可提高悬浮力达25％。与现有技术比悬浮力大致相当。