CN104092411B - 圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电极技术领域内的一种圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，其定子内腔中设有转子组件，转子组件两端支承在端盖内的轴承上，转子组件包括转子轴、转子轴上设有一组圆盘转子和两组转子环，所述两组转子环之间设有位移传感器基准环；定子包括轴向定子一和二、径向定子一和二，轴向定子一和二配合设置在圆盘转子两侧；径向定子一、二分别套装在两组转子环外周，径向定子一和径向定子二之间设有传感器支架，所述传感器支架上沿圆方向设有若干径向位移传感器；径向位移传感器对应分布在位移传感器基准环外周；其一侧端盖上与转子轴的端部相对应设有轴向位移传感器。该装置能在径向和轴向方式上实现磁悬浮，提高了驱动效率，降低了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，特别涉及一种磁悬浮电机，属于磁悬浮和电机技术领域。
背景技术
传统的无轴承磁悬浮电机定子有双绕组和单绕组两种结构。目前绝大部分磁悬浮电机定子为双绕组结构，磁悬浮电机将电磁轴承中产生径向力的绕组叠压到电机定子绕组上，即在定子中嵌入极对数相差为1的2套绕组，分别为转矩绕组和悬浮绕组，2台逆变器分别给这2套绕组通入相同频率的电流，使气隙中产生两种不同极对数的旋转磁场，从而同时产生转矩和悬浮力，以实现电机的驱动与转子的自悬浮。但这类电机结构承载能力低，悬浮绕组和旋转绕组产生的磁通相互藕合，使得实现控制的综合解耦控制系统复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，基于磁悬浮技术和电机技术，其结构简单、无摩擦磨损、控制方便。
本发明的目的是这样实现的：一种圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，包括壳体，壳体内设有定子，定子内腔中设有转子组件，壳体两端分别设有端盖，端盖内设有轴承，转子组件两端支承在所述轴承内，所述转子组件包括转子轴、转子轴上设有一组圆盘转子和两组转子环，所述两组转子环之间设有位移传感器基准环；所述定子包括轴向定子一、轴向定子二、径向定子一和径向定子二，轴向定子一和轴向定子二配合设置在圆盘转子两侧；径向定子一和径向定子二分别套装在两组转子环外周，径向定子一和径向定子二之间设有传感器支架，所述传感器支架上沿圆方向设有若干径向位移传感器；径向位移传感器对应分布在位移传感器基准环外周；所述端盖包括左端盖和右端盖，转子轴从右端盖伸出，左端盖上与转子轴的端部相对应设有轴向位移传感器。
本发明工作时，轴向定子一和轴向定子二产生磁拉力，拉动圆盘转子转动，同时在轴向定子拉动圆盘转子在轴向处于悬浮状态，当圆盘转子轴向偏移后，通过电流控制使轴向定子一和轴向定子二产生不同的磁拉力，迫使圆盘转子回到原先的悬浮状态；径向定子一和径向定子二上的绕组通电后也产生旋转的并作用在转子环上的磁拉力，拉动转子环转动，当转子轴产生径向偏移时，通过输入电流的改变，使得径向定子在不同的径向方向上产生不同的拉力，迫使转子轴在径向方向上处于平衡位置。本发明通过上述结构，使得转子轴在径向和轴向均能处于悬浮状态，轴承仅作为辅助支撑，在电机工作时，轴承本身不受载荷，因此轴承无摩擦磨损。整个装置结构简单，易于控制实现磁悬浮。提高了悬浮支承和驱动效率及承载能力，显著地降低了能耗，改善了电动机的动力性能。
作为本发明的进一步改进，所述径向定子一和径向定子二在圆周方向上沿圆周方向等分为2段以上圆弧定子单元，每段所述圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，同一圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输入单元。通过不同段的圆弧定子单元并联供电并分别调节相应的电流，使得转子轴在径向方向上更易于实现磁悬浮。
作为本发明的优选方案，所述轴向定子一、轴向定子二经轴向定子支架安装在壳体内，轴向定子一、轴向定子二与圆盘转子的轴向间隙≤0.8mm。所述轴承内圈与转子轴表面之间径向间隙≤0.5mm。
作为本发明的优选方案，轴向定子一和轴向定子二的绕组供电电源为同压同频的并联电源，当圆盘转子偏向一侧轴向定子时，两轴向定子的绕组电流变化，产生的磁拉力使转子恢复到原来的平衡位置。其易于控制。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的A—A断面图。
其中，1罩盖，2轴向位移传感器，3左端盖，4、14轴承，5壳体，6、10轴向定子支架，7轴向定子一，8圆盘转子，9轴向定子二，11径向定子一，12径向位移传感器，13径向定子二，15右端盖，16转子轴，17隔环，18、21转子环，19传感器支架，20位移传感器基准环，22隔套，23圆弧定子单元的相绕组。
具体实施方式
如图1和2所示，为一种圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，包括壳体5，壳体5内设有定子，定子内腔中设有转子组件，壳体5两端分别设有端盖，端盖内设有轴承4、14，转子组件两端支承在所述轴承4、14内，转子组件包括转子轴16、转子轴16上设有一组圆盘转子8和两组转子环18、21，所述两组转子环18、21之间设有位移传感器基准环20；所述定子包括轴向定子一7、轴向定子二9、径向定子一11和径向定子二13，轴向定子一7和轴向定子二9配合设置在圆盘转子8两侧；径向定子一11和径向定子二13分别套装在两组转子环18、21外周，径向定子一11和径向定子二13之间设有传感器支架19，所述传感器支架19上沿圆方向设有若干径向位移传感器12；径向位移传感器12对应分布在位移传感器基准环20外周；所述端盖包括左端盖3和右端盖15，转子轴16从右端盖15伸出，左端盖3上与转子轴16的端部相对应设有轴向位移传感器2，左端盖3上设有罩盖1，以便拆装检修轴向位移传感器2。径向定子一11和径向定子二13在圆周方向上沿圆周方向等分为2段以上圆弧定子单元，每段所述圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，同一圆弧定子单元的相绕组23对应连接有一组按时序变化的电流输入单元。图中，共分成四段圆弧定子单元，每段圆弧定子单元上绕装有3相绕组。轴向定子一7和轴向定子二9的绕组供电电源为同压同频的并联电源，当圆盘转子8偏向一侧轴向定子时，两轴向定子的绕组电流变化，产生的磁拉力使转子恢复到原来的平衡位置。
轴向定子一7、轴向定子二9分别经轴向定子支架6、10安装在壳体内，轴向定子与圆盘转子8的轴向间隙≤0.8mm。所述轴承4、14内圈与转子轴16表面之间径向间隙≤0.5mm。
为方便固定，构成定子的各部件之间可采用隔环17隔离，构成转子的各部件之间可采用隔套22隔离。
当对两侧轴向定子一7和轴向定子二9的绕组同时供电时，沿轴向定子一7和轴向定子二9圆周方向产生磁拉力，共同驱动圆盘转子8旋转；当圆盘转子8在外干扰作用下，使圆盘转子8偏离平衡位置，轴向位移传感器2可探测到位移信号，通过改变输入电流，使一侧对圆盘转子8产生的轴向磁拉力减小，另一侧圆盘转子8产生的轴向磁拉力增加，在轴向磁拉力合力作用下，使转子恢复到原来的平衡位置以实现轴向磁悬浮。
在径向方向上，径向位移传感器12感受到其与位移传感器基准环20之间的距离变化，根据该距离变化给出不同的电流值，控制径向转子一侧的拉力增加，另一侧的拉力减小，迫使转子轴16回到原先的平衡状态，实现径向磁悬浮。
所述检测控制系统，包括径向位移传感器12和轴向位移传感器2及转速传感器、信号处理电路、计算机控制器等，用于控制转子组件始终悬浮在定子中心位置。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，包括壳体，壳体内设有定子，定子内腔中设有转子组件，壳体两端分别设有端盖，端盖内设有轴承，转子组件两端支承在所述轴承内，其特征在于：所述转子组件包括转子轴、转子轴上设有一组圆盘转子和两组转子环，所述两组转子环之间设有位移传感器基准环；所述定子包括轴向定子一、轴向定子二、径向定子一和径向定子二，轴向定子一和轴向定子二配合设置在圆盘转子两侧；径向定子一和径向定子二分别套装在两组转子环外周，径向定子一和径向定子二之间设有传感器支架，所述传感器支架上沿圆方向设有若干径向位移传感器；径向位移传感器对应分布在位移传感器基准环外周；所述端盖包括左端盖和右端盖，转子轴从右端盖伸出，左端盖上与转子轴的端部相对应设有轴向位移传感器；所述径向定子一和径向定子二在圆周方向上沿圆周方向等分为2段以上圆弧定子单元，每段所述圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，同一圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输入单元。
2.根据权利要求1所述的圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，其特征在于：所述轴向定子一、轴向定子二经轴向定子支架安装在壳体内，轴向定子一、轴向定子二与圆盘转子的轴向间隙≤0.8mm。
3.根据权利要求1所述的圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，其特征在于：所述轴承内圈与转子轴表面之间径向间隙≤0.5mm。
4.根据权利要求1所述的圆弧定子绕组磁悬浮支承驱动电机，其特征在于：轴向定子一和轴向定子二的绕组供电电源为同压同频的并联电源，当圆盘转子偏向一侧轴向定子时，两轴向定子的绕组电流变化，产生的磁拉力使转子恢复到原来的平衡位置。
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