一种无轭部分段式双边永磁磁通切换直线电机的制作方法

1.本实用新型涉及直线电机制造技术领域，具体涉及一种无轭部分段式双边永磁磁通切换直线电机。


背景技术：

2.地铁已成为现代都市日常交通的重要组成部分，而地铁门和屏蔽门的精准驱动和控制作为保证地铁准点安全运行中不可或缺的一环正逐渐受到关注。电机和传动机构是地铁门驱动和控制的重要组成部件。目前，主流的传动机构依然是采用旋转电机配合不变导程丝杆为主的，但是由于增加了一级中间传动机构，系统的复杂度，可靠性，效率和动态性能都有所下降。而基于直线电机的直驱型技术由于省去了中间复杂的传动机构，使得系统效率，动态性能和可靠性都大幅提高，因此，在地铁门机的驱动和控制领域中有着广泛的应用前景。
3.然而，地铁门机应用场合由于安装空间有限，因此对直线电机的体积和重量有着极大的限制。而永磁直线电机由于结构简单，效率及推力密度高，往往是地铁门机用直线电机的首选。同时，考虑到地铁门机的有效行程及运动空间，短次级永磁直线电机应用广泛。短次级永磁直线电机按运动部件的不同可分为短次级动磁式永磁直线电机和短次级动圈式永磁直线电机。其中，短次级动圈式永磁直线电机由于动子带有拖链，永磁体用量多，将导致系统可靠性降低，材料成本及维护成本增加。因此，短次级动磁式永磁直线电机用于地铁门机应用场合更为合适。但是，直线电机固有的边端效应使得短次级动磁式永磁直线电机用于地铁门机场合依然存在三相磁链不对称，定位力及推力波动大的问题。此外，传统磁路并联式短次级动磁式永磁直线电机由于初级轭部存在，使得电枢绕组安装空间有限，将导致直线电机的重量增加，推力密度受到限制。因此，减小短次级动磁式永磁直线电机的边端效应及其带来的三相磁链不对称，定位力及推力波动大的问题，降低短次级动磁式永磁直线电机的重量，提高短次级动磁式永磁直线电机的推力密度是此类直线电机应用到地铁门机场合中必须要解决的问题。


技术实现要素：

4.实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种能够解决三相磁链不对称、定位力及推力波动大的问题以及其实际应用中存在的重量大、推力密度受限等问题的无轭部分段式双边永磁磁通切换直线电机。
5.技术方案：本实用新型所述的无轭部分段式双边永磁磁通切换直线电机，包括作为定子的初级组件和作为动子的双边次级组件，初级组件包括导磁铁芯以及绕制在导磁铁芯的导磁齿上的电枢绕组，双边次级组件包括上次级组件和下次级组件，上次级组件和下次级组件均由若干个导磁背板和永磁体组成的独立单元模块排列而成，任一单元模块内的两块永磁体的充磁方向相反，上次级组件中与下次级组件相对应的两块永磁体的充磁方向相同，永磁体的充磁方向与导磁铁芯的导磁齿中心线方向相平行。
6.在上述技术方案中，采用分段式结构的初级组件和次级组件，配合集中式电枢绕组，实现了直线电机的模块化加工，大大提高了直线电机的加工效率，降低了制造成本，还能够降低电机的总重量，符合实际应用需求；独立的单元模块形成的闭合磁路极大地消除了直线电机固有的边端效应，使得电枢绕组三相磁链高度对称，有效降低了直线电机的推力波动，同时，独立的单元模块可使得空载时气隙磁密相对较小，由此降低了直线电机的定位力。整体上采用的串联式磁路以及无轭部的导磁铁芯结构，可增大电枢绕组的安装空间，从而提高直线电机的推力密度。本方案提出的直线电机结构具备永磁调制电机的“自增速”效应，使其在低速场合可以输出较高的推力，从而符合地铁门机等实际应用，此外，该直线电机其相电枢绕组线圈之间存在互补特性，使得最终合成的相绕组磁链中偶次谐波基本被消除，三相电枢反电势正弦度高。
7.优选的，相邻的两个导磁齿中心线的间距为τs，单元模块的数量为n，相邻的两个单元模块之间的距离为λ＝12*τs/n。
8.优选的，永磁体为矩形、梯形或削极结构。
9.优选的，上次级组件和下次级组件的导磁背板由整块软铁或硅钢片叠压而成。
10.优选的，导磁铁芯和电枢绕组由环氧树脂浇灌封成一体。
11.优选的，导磁铁芯为无轭部直槽结构，电枢绕组采用全齿绕结构或隔齿绕结构，直槽结构的导磁铁芯配合全齿或隔齿结构的集中式电枢绕组能够增大绕组空间，从而提升直线电机的推力密度。
12.优选的，初级组件和双边次级组件之间有间隙，且双边次级组件的纵向长度小于初级组件。
13.有益效果：本实用新型与现有技术相比，其具有的优点：1、分段式结构的初、次级组件配合集中式的电枢绕组，降低了直线电机的制造成本和总重量，提高了直线电机的推力密度；2、分段式的独立单元模块极大地消除了直线电机固有的边端效应，使得电枢绕组三相磁链高度对称，降低了直线电机的推力波动，减小了定位力。
附图说明
14.图1为本实用新型在实施例一中的结构示意图；
15.图2为本实用新型在实施例一种的运行原理图；
16.图3为本实用新型在实施例二中的结构示意图；
17.图4为本实用新型在实施例三中的结构示意图；
18.图5为本实用新型在实施例四中的结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
20.如图1所示，所述的无轭部分段式双边永磁磁通切换直线电机，包括作为定子的初级组件和作为动子的双边次级组件，初级组件与双边次级组件之间有间隙，且双边次级组件的纵向长度小于初级组件。
21.初级组件包括导磁铁芯1以及绕制在导磁铁芯1的导磁齿上的电枢绕组2，此处导磁铁芯1为无轭部直槽结构，相邻的两个导磁齿中心线间的距离为τs，电枢绕组2以全齿绕
结构集中绕制在导磁铁芯1的导磁齿上。
22.双边次级组件包括上次级组件3和下次级组件4，其中上次级组件3由若干个、本实施例中为7个完全相同的独立单元模块3-i，i＝1，2，
……
，7组成，下次级组件4也由相对应的7个完全相同的独立模块4-j，j＝1，2，
……
，7组成，每个独立单元模块3-i和4-j，i，j＝1，2
……
，7都由导磁背板5和永磁体6组成，且相邻的两个单元模块之间的距离为λ＝12*τs/7。
23.永磁体6采用离心削极结构，微嵌于导磁背板5的表面上，其充磁方向平行于导磁铁芯1的导磁齿中心线方向，且任一次级独立单元模块的两块永磁体6充磁方向相反，同时，上次级组件3中与下次级组件4中相对应的两块永磁体6的充磁方向相同，永磁体6的充磁方向与导磁铁芯1的导磁齿中心线方向相平行。
24.如图2所示，该图表示了上述实施例中直线电机的运行原理。以电枢线圈a为例，当上、下次级组件相对位置上的独立单元模块3-7和4-7位于位置1时，电枢线圈a几乎匝链不到永磁磁链，即此位置电枢线圈a匝链的永磁磁链几乎为0。随着双边次级组件往右运动，上、下次级组件相对位置上的独立单元模块3-7和4-7运动到位置2时，独立单元模块上的永磁体6与初级导磁齿对齐，永磁磁通由上而下穿过电枢线圈a，并经由其左边相邻初级导磁齿形成闭合磁路，此时电枢线圈a中匝链的磁链达到正向最大。当双边次级组件继续运动到位置3时，同一独立单元模块上的两个永磁体的永磁磁通经气隙及初级导磁齿短路，此时，电枢线圈a匝链的永磁磁链基本为0。随着双边次级组件继续向右运动至位置4时，永磁磁通由下而上穿过电枢线圈a，并经由其右边相邻初级导磁齿形成闭合磁路，此时点数线圈a中匝链的磁链达到负向最大。最后，双边次级组件继续运动使得下一组上、下次级组件相对位置上的独立单元模块3-6和4-6运动至位置1，完成一个完整的电周期。因此，随着双边次级组件的循环往复运动，每个电枢线圈都可感应出相对正弦的周期性交磁链及反电势，当电枢绕组中通入适当相位的电枢电流后，此直线电机就会产生方向固定的持续推力。
25.如图3所示，在该实施例中，初级组件中的电枢绕组2采用隔齿绕结构集中绕制在导磁铁芯1的导磁齿上，相当于电枢绕组2采用单层集中绕组结构，且每两个电枢线圈之间存在一个容错齿。
26.如图4所示，在该图中，独立的单元模块有5个，关系满足λ＝12*τs/5，图5为在该情况下，电枢绕组2采用隔齿绕结构的示意图。