CN102510197A

CN102510197A - 锥形无轴承异步电机

Info

Publication number: CN102510197A
Application number: CN2011103578556A
Authority: CN
Inventors: 孙晓东; 左文全; 杨泽斌; 朱熀秋
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种锥形无轴承异步电机，机械转轴上对称连接有分别设置在电机壳体左、右两端的相同的左、右锥形无轴承异步电机，左、右锥形无轴承异步电机均由锥形定子、转矩控制绕组、悬浮力控制绕组和锥形转子组成，锥形转子固定连接机械转轴，在锥形定子上沿轴向开有若干个定子槽，每个所述定子槽沿径向均设有内、外两层，在内、外两层中分别设有悬浮力控制绕组和转矩控制绕组，所述悬浮力控制绕组的极对数与所述转矩控制绕组的极对数相差为1，摒弃了传统五自由度无轴承异步电机所必需的磁悬浮轴承，具有系统结构简单、轴向长度短、临界转速高及系统无功损耗小等优点。

Description

锥形无轴承异步电机

技术领域

本发明是一种锥形无轴承异步电机，适用于离心机、涡轮分子泵、压缩机、飞轮储能、高速高精机械加工、航空航天、生命科学等众多特殊电力传动场合，特别适用于需要无需润滑与密封、无机械接触、无摩擦与磨损的无菌车间、真空技术、纯净洁室等特殊场合，属于无轴承技术的磁悬浮电机领域。

背景技术

要实现无轴承异步电机转子的稳定悬浮，必须在径向四个自由度，以及轴向单个自由度（共五个自由度）上同时施加约束。传统的五自由度无轴承异步电机通常有以下三种结构：

1．采用1个轴向磁悬浮轴承和2台两自由度无轴承异步电机构成；

2．采用1个轴向磁悬浮轴承、1个径向磁悬浮轴承和1台两自由度无轴承异步电机构成；

3．采用1个三自由度径向-轴向磁悬浮轴承和1台两自由度无轴承异步电机构成。

这三种结构由于都采用了磁悬浮轴承，因此增大了系统的轴向长度，降低了无轴承异步电机的临界转速，限制了无轴承异步电机向更大功率和更高转速方向的发展；并且磁悬浮轴承的正常工作需要一定数量的铁芯、励磁线圈、高性能功率放大驱动电路以及价格不菲的高精度位移传感器等，这些都导致了系统的成本增加。所以这三种结构的五自由度无轴承异步电机存在机械结构复杂，成本较高等缺点。

为了进一步简化五自由度无轴承异步电机系统的机械结构，并且降低整个系统的体积和成本，从电机本体的角度实现无轴承异步电机系统五个自由度的高速悬浮运行，本领域急需机械结构更加紧凑、电机旋转功能和五自由度悬浮功能更集中的新型无轴承异步电机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有五自由度无轴承异步电机系统的不足，提出一种结构简单紧凑、体积小、重量轻、功能更趋完善、功率密度大、承载力大、可靠性高的新型五自由度无轴承异步电机。

本发明采用的技术方案是：机械转轴上对称连接有分别设置在电机壳体左、右两端的相同的左、右锥形无轴承异步电机，左、右锥形无轴承异步电机均由锥形定子、转矩控制绕组、悬浮力控制绕组和锥形转子组成，锥形转子固定连接机械转轴，在锥形定子上沿轴向开有若干个定子槽，每个所述定子槽沿径向均设有内、外两层，在内、外两层中分别设有悬浮力控制绕组和转矩控制绕组，所述悬浮力控制绕组的极对数与所述转矩控制绕组的极对数相差为1。

本发明的优点在于：

1．该锥形无轴承异步电机可以同时实现转子的径向悬浮和轴向悬浮，实现转子在五个自由度上的主动控制，具有系统结构简单，轴向长度短，临界转速高，系统无功损耗小等优点。

2．摒弃了传统五自由度无轴承异步电机所必需的磁悬浮轴承，使得电机转子的轴向长度、以及系统的无功损耗都得到了进一步的减小，简化了电机的机械结构，减小了电机的体积和重量，降低了系统的成本，并且使得相应的控制系统也得到大大的简化，易于工程实现；

3．该锥形无轴承异步电机结构简单紧凑、具有高度集成性，缩短了转子的轴向长度，提高了轴向空间利用效率与转速较高，减小了系统的无功损耗，容易实现大功率高速和超高速悬浮运行。

附图说明

图1是本发明锥形无轴承异步电机的结构示意图。

图中标号和名称为：1．左锥形无轴承异步电机；2．右锥形无轴承异步电机；3．机械转轴；11．锥形定子；12．转矩控制绕组；13．悬浮力控制绕组；14．锥形转子。

图2是本发明径向、轴向悬浮的原理图；

图中符号名称为： F ₁和 F ₂是左锥形无轴承异步电机1产生的磁悬浮力矢量；F _x1、F _y1和F _z1分别是左侧沿x轴、y轴和z轴方向的磁悬浮力标量； F ₃和 F ₄是右锥形无轴承异步电机2产生的磁悬浮力矢量；F _x2、F _y2和F _z2分别是右侧沿x轴、y轴和z轴方向的磁悬浮力标量。

具体实施方式

如图1所示，锥形无轴承异步电机包括电机壳体和机械转轴3，机械转轴3穿过电机壳体的左右两端。在电机壳体左右两端安装两台完全相同的无轴承异步电机，即左锥形无轴承异步电机1和右锥形无轴承异步电机2，通过机械转轴3将两台完全相同的无轴承异步电机对称地连接。左锥形无轴承异步电机1或右锥形无轴承异步电机2均由锥形定子11、转矩控制绕组12、悬浮力控制绕组13和锥形转子14组成。锥形定子11由电工硅钢片叠压而成，在锥形定子11上，沿轴向开出一定数量的若干定子槽，在径向上，每个定子槽分为内、外两层，在内、外两层中分别放入悬浮力控制绕组13和转矩控制绕组12，其中悬浮力控制绕组13的极对数与转矩控制绕组12的极对数相差为1，锥形转子14采用鼠笼式结构，并固定连接在机械转轴3上。

图2所示为本发明锥形无轴承异步电机的径向、轴向悬浮的原理图，左锥形无轴承异步电机1产生的磁悬浮力矢量 F ₁（和 F ₂），可以分解为三个方向上的磁悬浮力标量，即径向悬浮力F _x1、F _y1和轴向悬浮力F _z1，同理右锥形无轴承异步电机2产生的磁悬浮力矢量 F ₃（和 F ₄），也可以分解为三个方向上的磁悬浮力标量，即径向悬浮力F _x2、F _y2和轴向悬浮力F _z2。其中通过控制径向悬浮力F _x1和F _y1，以及F _x2和F _y2即可实现锥形无轴承异步电机径向四个自由的悬浮，通过控制轴向悬浮力F _z1和F _z2即可实现锥形无轴承异步电机在轴向单自由度的悬浮，因此通过将左锥形无轴承异步电机和右锥形无轴承异步电机对称相连，可以构成一台锥形无轴承异步电机，同时实现电机在五个自由度上的悬浮。

根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种锥形无轴承异步电机，包括电机壳体和机械转轴（3），机械转轴（3）穿过电机壳体的左右两端，其特征在于：机械转轴（3）上对称连接有分别设置在电机壳体左、右两端的相同的左、右锥形无轴承异步电机（1、2），左、右锥形无轴承异步电机（1、2）均由锥形定子（11）、转矩控制绕组（12）、悬浮力控制绕组（13）和锥形转子（14）组成，锥形转子（14）固定连接机械转轴（3），在锥形定子（11）上沿轴向开有若干个定子槽，每个所述定子槽沿径向均设有内、外两层，在内、外两层中分别设有悬浮力控制绕组（13）和转矩控制绕组（12），所述悬浮力控制绕组（13）的极对数与所述转矩控制绕组（12）的极对数相差为1。

2.根据权利要求1所述的锥形无轴承异步电机，其特征在于：锥形转子（14）为鼠笼式结构，锥形定子（11）由电工硅钢片叠压而成。