【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及初级励磁型永磁直线电机，特别是涉及一种双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构。
技术介绍
1、一般认为，直线电机是将旋转电机剖分延展开来而得，广泛应用于直线伺服传动、磁浮交通等领域。传统永磁直线同步电机将电枢和磁极分别放在初级、次级侧，具有高推力密度，但是推力波动大，并且永磁轨道成本高昂且需要全行程铺设，另外需装设隔磁装置。为了降低传统永磁直线电机的成本，初级励磁型永磁直线电机则是将电枢绕组和磁极均放在初级侧，次级侧仅由铁心构成，大量减少永磁体用量以及无需隔磁装置，其中槽口型永磁直线电机是初级励磁型永磁直线电机的一种，其凭借电枢磁场不穿过永磁体而几乎没有退磁的风险,结构简单漏磁少而成为了研究热点。然而单边槽口型永磁直线电机在实际运行过程中产生的法向力是推力的几十上百倍，且推力波动大，致使单边槽口型永磁直线电机在一些直线伺服传动应用场景下带来应用难度。针对要求法向力较小并且能够提供足够推力的直线电机应用场合，一般采用双边直线感应电机或双边永磁直线同步电机。双边直线感应电机是将两个单边直线感应电机背靠背结合产生，两侧为初级铁心和通入三相交流电的绕组，中间为次级感应板。两侧初级联结形成“u”型结构，两侧通入三相交流电的绕组在感应板两侧产生行波磁场与感应板相互作用形成推力，两侧初级法向力大小相同方向相反而相互抵消。但是双边直线感应电机并不适用于长距离直线运输，因为两侧初级或次级感应板作为运动部分，都需要耗费大量铁心或者感应板的铺设，工程造价偏高不利于实际应用。双边永磁直线同步电机具有良好的调速性能，其结构上将永磁铁交替
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构解决了现有技术推力波动大、不适用于长距离直线运输、造价偏高且安装维护难度大的问题。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，包括第一次级、第二次级、初级电枢绕组、永磁体和初级铁心，所述第一次级和第二次级平行且两侧的齿槽相向并错位设置，所述初级铁心排列在所述第一次级和第二次级之间，所述初级铁心上下两端均采用半开口槽，所述半开口槽处安装有halbach排列的永磁体，所述初级电枢绕组叠绕在所述初级铁心上。
3、进一步地，所述第一次级和第二次级均由铁心构成，由非导磁材料固定在地面。
4、进一步地，所述初级电枢绕组为单层叠式结构且通入三相交流电。
5、进一步地，所述初级电枢绕组包括a相、b相和c相三相绕组，相序为a+、c-、b+、a-、c+和b-，根据气隙磁场调制原理，电枢绕组极对数p、初级槽数np、和次级极数ns满足：
6、
7、其中，n和k为正整数。
8、进一步地，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构还包括初级极靴，所述初级极靴位于初级铁心的槽口端部。
9、进一步地，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构还包括初级极靴。
10、进一步地，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构两侧各设置两个长条型连接件，所述长条型连接件由非导磁材料制成，通过初级铁心两端的定位螺孔将初级铁心固定在长条型连接件内侧。
11、进一步地，所述第一次级内侧设置有第一气隙，所述第二次级内侧设置有第二气隙，位于第一次级侧的永磁体和第一气隙的距离与位于第二次级侧的永磁体和第二气隙的距离相等。
12、进一步地，所述第一气隙和第二气隙的气隙函数g(x,t)为：
13、g(x,t)＝gs(x,t)+gr(x,t)+g
14、
15、其中，gs(x,t)为次级齿槽效应下的气隙函数，gr(x,t)为初级齿槽效应下的气隙函数，g为初级齿与次级齿间的基准气隙长度，bcs为次级槽宽，hst为次级高度，wct为次级齿宽，ωs为第一参数，x为初级纵向距离，t为时间，wp为初级槽宽，gr为电枢绕组到初级齿的距离，wpt为初级齿宽，ωr为第二参数，v为初级运动速度。
16、进一步地，所述第一次级和第二次级的齿槽错位距离为τ为次级极距。
17、进一步地，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构的推力fx和法向力fy分别为：
18、
19、
20、其中，lk为电机叠厚，l为初级纵向固定长度，g(·)为气隙函数，re[·]表示取复数的实部，b(·)为气隙磁密函数，dx表示电机纵向方向上的积分，dy为电机法向方向上的积分，dz为电机轴向方向上的积分，μ0为真空磁导率，s为双边次级错齿距离；
21、气隙磁密函数b(x,t)为：
22、
23、其中，js为行波电流层的幅值，j为旋转因子，k为转换系数，w为磁场运动角速度，为绕组电流初相角，λs为次级磁导，bpm(·)为永磁体气隙磁密；
24、次级磁导函数为：
25、
26、
27、
28、
29、其中，λs0和λsk均为次级磁导函数用傅里叶级数表达的系数，ns为次级极数，np为初级槽数，lp为初级槽距，xs0为次级初始相对位置，β2为计算系数，τ为次级极距。
30、本专利技术的有益效果是：本专利技术通过将电枢绕组和永磁体均放置在初级，永磁体采用halbach排列放置于槽口处，双边次级位置上平行放置，两边的齿槽错位，在结构上形成一种新型轻量化双边槽口型永磁直线电机。该双边槽口型永磁直线电机相比于单边槽口型永磁直线电机，在保证推力一致的情况下，法向力能够大幅减小，使得实际应用中不需要采取其他措施规避法向力的影响；双边槽口型永磁直线电机相比于双边永磁直线同步电机，由于永磁体仅位于初级侧而无需面贴于次级全行程范围，用量与成本均大幅降低，降低实际应用的工程造价，有利于长距离铺设。总之，该双边槽口型永磁直线电机的双边次级、槽口结构，使得电机推力波动比单边槽口型永磁直线电机低，法向力趋近于零，且相比双边永磁直线同步电机三边铁心结构造价更低。
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1.一种双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，包括第一次级(1)、第二次级(2)、初级电枢绕组(3)、永磁体(4)和初级铁心(5)，所述第一次级(1)和第二次级(2)平行且两侧的齿槽相向并错位设置，所述初级铁心(5)排列在所述第一次级(1)和第二次级(2)之间，所述初级铁心(5)上下两端均采用半开口槽，所述半开口槽处安装有Halbach排列的永磁体(4)，所述初级电枢绕组(3)叠绕在所述初级铁心(5)上。
2.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述第一次级(1)和第二次级(2)均由铁心构成，由非导磁材料固定在地面。
3.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述初级电枢绕组(3)为单层叠式结构且通入三相交流电。
4.根据权利要求3所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述初级电枢绕组(3)包括A相、B相和C相三相绕组，相序为A+、C-、B+、A-、C+和B-，根据气隙磁场调制原理，电枢绕组极对数p、初级槽数Np、和次级极数N
5.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构还包括初级极靴(6)，所述初级极靴(6)位于初级铁心(5)的槽口端部。
6.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构两侧各设置两个长条型连接件(7)，所述长条型连接件(7)由非导磁材料制成，通过初级铁心(5)两端的定位螺孔将初级铁心(5)固定在长条型连接件(7)内侧。
7.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述第一次级(1)内侧设置有第一气隙(11)，所述第二次级(2)内侧设置有第二气隙(22)，位于第一次级(1)侧的永磁体(4)和第一气隙(11)的距离与位于第二次级(2)侧的永磁体(4)和第二气隙(22)的距离相等。
8.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述第一气隙(11)和第二气隙(22)的气隙函数g(x,t)为：
9.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述第一次级(1)和第二次级(2)的齿槽错位距离为τ为次级极距。
10.根据权利要求8所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构的推力Fx和法向力Fy分别为：
...【技术特征摘要】
1.一种双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，包括第一次级(1)、第二次级(2)、初级电枢绕组(3)、永磁体(4)和初级铁心(5)，所述第一次级(1)和第二次级(2)平行且两侧的齿槽相向并错位设置，所述初级铁心(5)排列在所述第一次级(1)和第二次级(2)之间，所述初级铁心(5)上下两端均采用半开口槽，所述半开口槽处安装有halbach排列的永磁体(4)，所述初级电枢绕组(3)叠绕在所述初级铁心(5)上。
2.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述第一次级(1)和第二次级(2)均由铁心构成，由非导磁材料固定在地面。
3.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述初级电枢绕组(3)为单层叠式结构且通入三相交流电。
4.根据权利要求3所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述初级电枢绕组(3)包括a相、b相和c相三相绕组，相序为a+、c-、b+、a-、c+和b-，根据气隙磁场调制原理，电枢绕组极对数p、初级槽数np、和次级极数ns满足：
5.根据权利要求1所述的双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构，其特征在于，所述双边错齿单层叠式绕组槽口型永磁直线电机结构还包括初级...
【专利技术属性】
技术研发人员：王滢，夏奥妮，阮霆滨，胡羽，颜丽群，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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