一种同性极电励磁直线同步电机的制作方法

本发明涉及直线同步电机领域技术领域，具体地指一种同性极电励磁直线同步电机。

背景技术：

随着直线电机技术的探索与发展，直线电机作为驱动装置在交通运输领域的应用越来越多。直线电机省去了中间传动联结装置，相比于旋转电机有着很大的优势。随着人类对速度追求，磁悬浮列车成为交通领域研究热点。采用电励磁直线同步电机作为的磁悬浮列车的驱动有着一定的优势，直线同步电机的磁路系统本身能够同时产生推力和悬浮力，无需单独设置实现悬浮的支撑装置，使得装置结构变得简单。但是，目前直线同步电机的气隙磁场为交变磁场，在次级中会产生较大的涡流损耗，为减小涡流损耗会使得次级结构的加工工艺变得复杂，成本增加。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种同性极电励磁直线同步电机，以减小直线电机次级中产生的涡流损耗，使得次级结构可以采用实心铁芯，加工工艺变得简单，解决直线同步电机次级涡流损耗大，加工成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明所设计的一种同性极电励磁直线同步电机，包括初级、次级以及初级和次级之间形成的气隙；其特殊之处在于，所述初级包括左侧初级铁芯、右侧初级铁芯以及绕制在两个初级铁芯上的初级电枢绕组，所述左侧初级铁芯、右侧初级铁芯之间设置有环形励磁绕组和励磁铁芯，所述环形励磁绕组绕制在励磁铁芯上；所述次级包括次级背轭铁芯和铁芯齿极阵列，所述铁芯齿极阵列包括左侧铁芯齿和右侧铁芯齿，分别设置于次级背轭铁芯的左侧面和右侧面，且分别与初级的左侧初级铁芯、右侧初级铁芯相对；所述左侧铁芯齿和右侧铁芯齿均包含n个铁芯齿，每组中相邻的两个铁芯齿间距为τ，两组的铁芯齿交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度。

进一步地，所述初级的铁芯均由铁磁材料制成，左侧初级铁芯、右侧初级铁芯共用一套电枢绕组。

更进一步地，所述电机的初级短于次级，初级为动子进行直线运动。

更进一步地，所述初级电枢绕组采用双层结构集中绕制在左侧初级铁芯、右侧初级铁芯上。

更进一步地，所述铁芯齿的个数n为≥2的正整数。

更进一步地，所述次级采取实心结构，由铁磁材料制成。

更进一步地，所述左侧铁芯齿和右侧铁芯齿的齿宽的取值范围为0.3～0.5τ。

更进一步地，所述左侧初级铁芯与左侧铁芯齿之间、右侧初级铁芯与右侧铁芯齿之间的气隙磁通为单极性。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出的电励磁同性极直线电机一个铁芯下的气隙磁场为单极性，通过转子铁芯的磁通方向不会发生交变，使得转子铁芯产生很小的涡流损耗，这样降低电机损耗，减少了电机的发热，提高了电机的效率。

2、本发明提出的电励磁同性极直线电机次级可采取实心结构，无需采用硅钢片叠制，机械强度更高，加工更为简单，加工成本更低。

3、本发明提出的电励磁同性极直线电机无需单独的支撑轴承系统即可实现自悬浮，无机械接触，通过微调励磁电流即可保证气隙长度，适合较大气隙的场合，使得对轨道的要求降低。

附图说明

图1为本发明的三维结构结构示意图。

图2为图1中次级结构的示意图。

图3为图1中环形励磁绕组的励磁磁路示意图。

图中：1—初级，2—次级，3-1—左侧初级铁芯，3-2—右侧初级铁芯，4—电枢绕组，5—环形励磁绕组，6—励磁铁芯，7—次级背轭铁芯，8—铁芯齿极阵列，8-1—左侧铁芯齿，8-2—右侧铁芯齿。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明提出的一种同性极电励磁直线同步电机包括初级1、次级2以及初级1和次级1之间形成的气隙。

初级1包括左侧初级铁芯3-1、右侧初级铁芯3-2以及绕制在两个初级铁芯上的初级电枢绕组4，所述左侧初级铁芯3-1、右侧初级铁芯3-2之间设置有环形励磁绕组5和励磁铁芯6。左侧初级铁芯3-1和右侧初级铁芯3-2的单边铁芯齿槽数为25，左右侧初级铁芯共用一套电枢绕组4，电枢绕组节距为1，采取双层结构集中绕制在初级铁芯上。励磁铁芯6与初级铁芯等长设置于左右两初级铁芯的正中间，环形励磁绕组5集中绕制在励磁铁芯6上。

次级2包括次级背轭铁芯7和铁芯齿极阵列8，所述铁芯齿极阵列8分为两组，包括左侧铁芯齿8-1和右侧铁芯齿8-2，分别设置于次级背轭铁芯7的左侧面和右侧面，且分别与初级1的左侧初级铁芯3-1、右侧初级铁芯3-2相对。设置于次级背轭铁芯7左右侧的铁芯齿极阵列8均包含4个铁芯齿，同组中相邻的两个铁芯齿间距为τ，τ为极距，铁芯齿齿宽取0.3～0.5τ，两组的铁芯齿8交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度。为了减小齿部的漏磁增加气隙磁密，铁芯齿阵列8的齿均采用截面为梯形的结构。

同性极电励磁直线同步电机的初级1、次级2均由实心结构的铁磁材料制成，采用短初级长次级结构，初级1为动子进行直线运动。

本发明提出的一种同性极电励磁直线同步电机的工作原理如图3所示，在环形励磁绕组7中通上直流励磁电流，磁通形成的闭合磁路为：励磁铁芯6→左侧初级铁芯3-1→左侧气隙→左侧铁芯齿8-1→背轭铁芯7→右侧铁芯齿8-2→右侧气隙→右侧初级铁芯3-2→励磁铁芯6。单侧气隙的磁通方向为一恒定方向，即同一铁芯下的气隙磁通为单极性的，这使得次级2铁芯中产生的涡流损耗大大降低，提高了电机效率。单边气隙磁场基波在同边的次级齿8-1a、8-2a和次级槽8-1b、8-2b表现为两种不同的极性，可以视为n、s极交替。当给初级电枢绕组3通入三相对称正弦交流，在产生的气隙行波磁场和电励磁磁极磁场的共同作用下对初级1产生电磁推力和悬浮力次级2为定子，初级1运动的速度与行波磁场速度相同。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种同性极电励磁直线同步电机，包括初级(1)、次级(2)以及初级(1)和次级(2)之间形成的气隙；其特征在于：

所述初级(1)包括左侧初级铁芯(3-1)、右侧初级铁芯(3-2)以及绕制在两个初级铁芯上的初级电枢绕组(4)，所述左侧初级铁芯(3-1)、右侧初级铁芯(3-2)之间设置有环形励磁绕组(5)和励磁铁芯(6)，所述环形励磁绕组(4)绕制在励磁铁芯(6)上；

所述次级(2)包括次级背轭铁芯(7)和铁芯齿极阵列(8)，所述铁芯齿极阵列(8)包括左侧铁芯齿(8-1)和右侧铁芯齿(8-2)，分别设置于次级背轭铁芯(7)的左侧面和右侧面，且分别与初级(1)的左侧初级铁芯(3-1)、右侧初级铁芯(3-2)相对；所述左侧铁芯齿(8-1)和右侧铁芯齿(8-2)均包含n个铁芯齿，每组中相邻的两个铁芯齿间距为τ，两组的铁芯齿交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度。

2.根据权利要求1所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述初级(1)的铁芯均由铁磁材料制成，左侧初级铁芯(3-1)、右侧初级铁芯(3-2)共用一套电枢绕组。

3.根据权利要求1所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述电机的初级(1)短于次级(2)，初级(1)为动子进行直线运动。

4.根据权利要求2所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述初级电枢绕组(4)采用双层结构集中绕制在左侧初级铁芯(3-1)、右侧初级铁芯(3-2)上。

5.根据权利要求1所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述铁芯齿的个数n为≥2的正整数。

6.根据权利要求1所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述次级(2)采取实心结构，由铁磁材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述左侧铁芯齿(8-1)和右侧铁芯齿(8-2)的齿宽的取值范围为0.3～0.5τ。

8.根据权利要求2所述的一种同性极电励磁直线同步电机，其特征在于：所述左侧初级铁芯(3-1)与左侧铁芯齿(8-1)之间、右侧初级铁芯(3-2)与右侧铁芯齿(8-2)之间的气隙磁通为单极性。

技术总结
本发明公开了一种同性极电励磁直线同步电机，包括初级、次级以及初级和次级之间形成的两个气隙；初级包括初级铁芯、初级电枢绕组、励磁铁芯、环形励磁绕组，次级包括次级背轭铁芯和铁芯齿极阵列，铁芯齿极阵列分为两组，分别设置于次级背轭铁芯的左侧面和右侧面，对应于左侧和右侧的初级铁芯，同组中相邻的两个铁芯齿间距为τ，两组的铁芯齿交错设置，错开的间距为τ，电角度相差180度。本发明提出的电枢绕组和环形励磁绕组均集中在初级上，次级结构简单，涡流损耗小、效率高，加工成本低，可实现自悬浮，无机械接触，通过微调励磁电流即可保证气隙长度，适合较大气隙的场合，如高速磁悬浮列车领域，使得对轨道的要求降低。

技术研发人员：叶才勇;邓聪;张岚清;汤伟
受保护的技术使用者：华中科技大学;长航集团武汉电机有限公司
技术研发日：2020.07.21
技术公布日：2020.11.03