一種無邊端效應的容錯永磁游標直線電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無邊端效應的初級永磁直線電機，適用于軌道交通等高可靠、高效率的直線驅動領域。
【背景技術】
[0002]直線電機是一種將電能直接轉化成直線運動的機械能而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置，較傳統的旋轉電機有著明顯的優勢，如結構簡單，無磨損，精度高，效率高等。因此，直線電機得到越來越廣泛的應用。
[0003]目前，直線驅動技術正逐步應用于軌道交通方面。直線感應電機機械結構簡單，但是工作效率比較低，對氣隙的變化比較敏感;永磁直線電機與電勵磁直線電機相比有著比較高的效率，但無論是將電樞繞組沿軌道鋪設，還是將永磁體沿軌道鋪設，在軌道交通這種長線直驅系統中，制造成本太大，不具有經濟可行性。
[0004]針對上述缺點，國內外學者提出一類初級永磁型直線電機結構:就是將永磁體與繞組均放置在短動子(初級)上，而長定子(次級)僅為簡單的凸極結構。這種初級永磁型直線電機不僅具有永磁同步直線電機效率高，推力輸出高的優點，而且在應用于長定子軌道交通領域具有制造成本低的優點。
[0005]然而，傳統的初級永磁直線電機，因其特有的端部效應，導致各相磁路不對稱，進而帶來各相反電動勢波形不對稱，定位力較大等一系列問題。中國授權發明專利CN201010119957.X公開了一種在初級加裝輔助齒減小直線電機端部效應的方法。輔助齒為端部漏磁通提供了路徑，可使漏磁通轉變為有效磁通，這樣使穿過位于端部的線圈磁通的路徑與內線圈的情況類似，減弱了端部效應給磁路帶來的不平衡，改善了對稱性。但是輔助齒的添加增加了電機的尺寸和永磁體用量，降低了電機整體的功率密度。中國授權發明專利CN201010584004.0公開了一種在初級中間加入由非導磁材料制成的磁障，將初級分成兩個模塊，通過兩個模塊結構上的互補來達到抑制直線電機端部效應的目的。這種方法既保證了電機的功率密度又減小了端部效應，但電機的相間磁路耦合嚴重，容錯性能比較差。
[0006]在要求高可靠性運行的直線系統，如軌道交通領域，必須要提高直線電機的容錯性能。傳統的提高直線電機容錯性能的方法主要有兩種:一種是在初級中相鄰的電樞齒中間加入一個由導磁材料制成的容錯齒，使各個電樞齒上的繞組相互隔離(CN201310202082.3)。另一種是在初級中，相鄰模塊間的正中間加入合適大小的非導磁材料制成的隔離齒，使各相繞組相互隔離(CN201010169681.6)。雖然這兩種方法都可以使各相磁路相互獨立，降低互感，提高電機的容錯性能，但是直線電機固有的邊端效應都沒有解決。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種無邊端效應的容錯永磁游標直線電機結構。本發明通過初級模塊化設計消除了直線電機因端部效應所產生的不利影響，從而獲得更加正弦對稱的反電動勢，同時各模塊間的定位力相互抵消，降低了定位力和推力波動。本發明電機避免使用傳統加入容錯齒或隔離齒的方法，能在不犧牲電機功率密度的前提下，同時獲得理想的容錯性能。
[0008]為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案:
[0009]—種無邊端效應的容錯永磁游標直線電機，包括初級和次級，初級和次級之間具有氣隙；
[0010]初級上開槽形成齒槽結構，初相鄰兩個電樞齒形成一個單元模塊，每兩個單元模塊之間的間距滿足仏+1/8)1沽=0，1，2，...，8為單元模塊個數即繞組相數，每一個單元模塊呈Π形，單元模塊中的槽放置電樞繞組且單元模塊與每相電樞繞組--對應，s個單元模塊構成s相電機;初級的每個單元模塊的齒端開虛槽，虛槽中嵌入永磁體陣列，次級開槽形成梯形結構。
[0011]進一步，所述單元模塊上的虛槽為六個，每個電樞齒上各開有三個虛槽，所述每個虛槽放置有一個永磁體陣列，永磁體陣列由位于兩側的兩塊極性相反的切向充磁的第一永磁體、第三永磁體和中間一塊徑向充磁的第二永磁體組成。
[0012]進一步，當相數s取3時，τ為次級極距，滿足:τ= Si*s/N，Si為一個單元模塊的有效長度;此時，初級的相鄰單元模塊間空間相位互差120°電角度，所以各單元模塊間定位力波形互差120°電角度。
[0013]進一步，所述永磁體產生磁場分布的極對數Pi與電樞繞組產生的電樞磁場分布的極對數P2和次級的齒個數N滿足Ν=Ρι+Ρ2，且對于電機整體結構和獨立的單元模塊結構都滿足 N=PWP2d
[0014]進一步，所述永磁體采用釹鐵硼磁材料，或者第一永磁體、第三永磁體采用鐵氧體、第二永磁體采用釹鐵硼磁材料。
[0015]本發明具有以下有益效果:
[0016]1、本發明采用Π形單元模塊初級齒結構，通過單元模塊間的相互解耦使得各相繞組之間不相互影響，從而使得電機的容錯性能提高，增強電機在運行過程中的穩定性;此夕卜，初級單元模塊和每相繞組一一對應，每相繞組作為一個獨立的單元模塊不存在邊端效應，因此該直線電機的反電動勢更加正弦對稱，解決了傳統直線電機由于端部效應致使各相的反電動勢不平衡的問題。
[0017]2、電機的初級電樞齒端部嵌入永磁體陣列，其聚磁效應有利于減小齒端漏磁，提高磁路的有效磁密，從而提高電機的推力輸出特性。
[0018]3、相鄰單元模塊間空間相位互差120°使得各單元模塊產生的定位力相互抵消，降低了電機的定位力，減小了推力波動。
[00?9 ] 4、永磁體產生磁場分布的極對數Pi與繞組產生的電樞磁場分布的極對數P2和次級有效齒個數N滿足:N = Ρι+Ρ2，且對于電機整體結構和獨立的單元模塊結構也滿足:N = Pi+P2。因此電機保留了游標電機的特性，具有低轉速大推力的特點。
[0020]5、永磁體陣列可以將不同特性的永磁材料組合使用，形成各種混合磁材料結構使電機具有不同的特性，增加其應用領域。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0022]圖1為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機的徑向結構示意圖；
[0023]圖2為圖1中永磁體陣列結構放大示意圖；
[0024]圖3為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機的定位力波形圖；
[0025]圖4為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機的B相電樞反應磁場分布圖；
[0026]圖5為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機的B相電感波形圖；
[0027]圖6為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機的三相永磁磁鏈波形圖；
[0028]圖7為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機三相反電動勢波形圖；
[0029]圖8為本發明所述無邊端效應的容錯永磁游標直線電機推力波形圖。
[0030]圖中:1.初級；2.次級；3.槽;4.齒端;5.永磁體陣列;6.單元模塊;7.第二永磁體、
8.第一永磁體、9.第三永磁體。
【具體實施方式】
[0031]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。