CN106374648A - 一种双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机,包括外定子、内定子、转子、电枢绕组、悬浮绕组和永磁体;所述外定子、内定子和转子均为凸极结构;转子位于外定子内侧、内定子外侧、夹在内定子和外定子之间,且和两者之间存在空气隙;内定子和外定子上的铁心齿均指向转子;电枢绕组和悬浮绕组嵌套在外定子的铁心齿上;永磁体嵌套在内定子上。本发明双定子交替磁极无轴承磁通反向电机,将永磁体和电枢绕组与悬浮绕组在空间上完全隔离,易于永磁体散热,可以有效避免因绕组发热而引起的永磁体高温退磁。

Description

一种双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机
技术领域
[0001] 本发明属于电机制造及其应用的技术领域,具体来说,涉及一种双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机。
背景技术
[0002] 无轴承电机是集旋转驱动和磁轴承功能于一体的新型电机,它不仅克服了磁轴承电机的诸多局限,还具有轴向利用率高、结构紧凑、可大幅度提高临界转速、同等轴长下可大幅度提高输出功率等优点。无轴承电机经过近些年的发展,已经出现了多种结构类型。其中,无轴承开关磁阻电机具有结构简单,制造和维护方便,鲁棒性好,适应高温环境等优点。但是,无轴承开关磁阻电机的转矩密度和性能提高的空间有限。无轴承转子永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高的优点,悬浮力相位滞后现象不突出,应用非常广泛。但由于永磁体置于转子,极大的影响转子的机械强度,造成永磁体不易散热,结构比较复杂。
[0003]目前,出现了三种定子永磁型电机,即双凸极永磁电机、磁通切换永磁电机以及磁通反向电机,它们具有共同的结构特点,即将永磁体和电枢绕组都置于定子,转子结构非常简单。但是这三种结构的定子永磁型电机也存在不足,永磁体和电枢绕组存在着几何冲突,导致两者的实际利用空间受到了极大的限制。另外,永磁体和电枢绕组都置于定子,绕组铜耗和永磁体涡流损耗产生的热量相对比较集中,致使永磁体散热困难,容易发生不可逆退磁风险。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷,提供一种能有效避免永磁体和绕组放置一起导致永磁体散热困难的无轴承磁通反向电机。
[0005] 为了达到上述目的,本发明提供了一种双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机,包括外定子、内定子、转子、电枢绕组、悬浮绕组和永磁体;外定子、内定子和转子均为凸极结构;转子位于外定子内侧、内定子外侧、夹在内定子和外定子之间,且和两者之间存在空气隙;内定子和外定子上的铁心齿均指向转子;电枢绕组和悬浮绕组嵌套在外定子的铁心齿上;永磁体嵌套在内定子上。
[0006] 其中,外定子上设有和转子径向相对的铁心齿;外定子的铁心齿包括两种不同宽度的铁心齿,两种不同宽度的铁心齿沿外定子的圆周方向交替分布,两种铁心齿上分别放置一套电枢绕组和一套悬浮绕组。
[0007] 外定子较宽的铁心齿上嵌套电枢绕组,较窄的铁心齿上嵌套悬浮绕组。
[0008] 电枢绕组为集中式电枢绕组;悬浮绕组为集中式悬浮绕组。
[0009] 永磁体嵌套在内定子的齿槽内,和内定子的铁心齿交替分布;永磁体充磁方向为径向充磁,充磁方向均指向转子;转子采用导磁材料。
[0010]外定子为12齿槽,内定子为6齿槽,转子为11极;夕卜定子的铁心齿上沿圆周方向依次嵌套有第一集中式电枢绕组、第一集中式悬浮绕组、第二集中式电枢绕组、第二集中式悬浮绕组、第三集中式电枢绕组、第三集中式悬浮绕组、第四集中式电枢绕组、第四集中式悬浮绕组、第五集中式电枢绕组、第五集中式悬浮绕组、第六集中式电枢绕组、第六集中式悬浮绕组;第一集中式电枢绕组和第四集中式电枢绕组、第二集中式电枢绕组和第五集中式电枢绕组、第三集中式电枢绕组和第六集中式电枢绕组分别串联组成A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组;第一集中式悬浮绕组和第四集中式悬浮绕组、第二集中式悬浮绕组和第五集中式悬浮绕组、第三集中式悬浮绕组和第六集中式悬浮绕组分别串联组成Xl相悬浮绕组、X2相悬浮绕组、Y相悬浮绕组。
[0011] 本发明相比现有技术具有以下优点:
1、永磁体、电枢绕组、悬浮绕组均置于定子侧,转子结构简单,没有绕组和永磁体,转动惯量小,无轴承结构解决了机械损耗问题,使得电机可以在高速甚至超高速环境中运行。
[0012] 2、电枢绕组和悬浮绕组均采用集中线圈方式,减少了端部长度,降低了铜耗,提高了电机运行效率,也保证了电机结构紧凑,降低电机制造成本。
[0013] 3、电机采用集中式电枢绕组和悬浮绕组交替横跨在宽度不同的外定子铁心齿上,每套绕组各相之间的互感小,从结构上实现了转矩绕组和悬浮绕组解耦。
[0014] 4、电枢绕组和悬浮绕组置于外定子,永磁体置于内定子,可以合理的安排绕组和永磁体空间位置。
[0015] 5、电机绕组与永磁体分开放置,使得绕组产生的热量不会对永磁体性能产生影响,可以进一步增大电流线负荷,提高电机功率密度。
[0016] 6、永磁体置于内定子,与绕组分开放置,能有效防止电机工作过程中,因绕组发热而引起的永磁体高温退磁。
[0017] 7、电机每个定子齿上只有一套线圈,槽满率高,可靠性好。
[0018] 8、将内定子铁心齿设计为交替磁极式结构,永磁体和内定子铁心齿交替分布,大大较少永磁体的用量,降低了成本。
附图说明
[0019]图1为本发明双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机的结构示意图。
[°02°]图中,1-外定子,2-集中式电枢绕组、3-集中式悬浮绕组、4-永磁体、5-转子、6-内定子、201-第一集中式电枢绕组、202-第二集中式电枢绕组、203-第三集中式电枢绕组、204-第四集中式电枢绕组、205-第五集中式电枢绕组、206-第六集中式电枢绕组、301-第一集中式悬浮绕组、302-第二集中式悬浮绕组、303-第三集中式悬浮绕组、304-第四集中式悬浮绕组、305-第五集中式悬浮绕组、306-第六集中式悬浮绕组。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0022]如图1所示,本发明双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机采用3相外定子12槽/内定子6槽/转子11极,包括外定子1、集中式电枢绕组2、集中式悬浮绕组3、永磁体4、转子5以及内定子6。转子5为凸极铁心齿,结构简单,没有永磁体和绕组,夹在内外定子之间,且和内外定子间存在空气隙。永磁体4嵌套在内定子6的齿槽内,和内定子6的凸极铁心齿交替分布。集中式电枢绕组2和集中式悬浮绕组3均位于外定子I上。夕卜定子I上有和转子5径向相对的铁心齿,外定子I的铁心齿和转子的铁心齿之间存在空气隙。外定子I上的铁心齿分为两种,一种是嵌套电枢绕组的宽铁心齿,一种是嵌套悬浮绕组的窄铁心齿,两者沿外定子I的圆周方向交替分布。永磁体4的充磁方向为径向充磁,充磁方向均相同,指向转子5。集中式电枢绕组2横跨在外定子较宽的铁心齿上,集中式悬浮绕组3横跨在外定子较窄的铁心齿上。
[0023] 本发明电机工作机理,遵循磁阻最小原理,磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。当电枢绕组2通入电流与永磁体4产生的气隙磁场共同作用,产生转矩驱动转子5旋转。当悬浮绕组3通电后,和永磁体4产生的气隙磁场相互作用,产生大小方向可控的X轴和Y轴方向的径向悬浮力,保证转子的稳定悬浮。
[0024]电机采用3相外定子12槽/内定子6槽,转子11极结构。利用双定子结构将绕组和永磁体分开,内定子采用磁极交替结构,外定子的铁心齿上嵌套着集中式电枢绕组2和集中式悬浮绕组3。电枢绕组2由第一集中绕组201、第二集中式电枢绕组202、第三集中式电枢绕组203、第四集中式绕组电枢绕组204、第五集中式电枢绕组205以及第六集中式电枢绕组206组成;其中,径向相对的电枢绕组顺序串联组成单相电枢绕组,比如第一集中式电枢绕组201和第四集中式电枢绕组204顺序串联组成A相电枢绕组、第二集中式电枢绕组202与第五集中式电枢绕组205组成B相电枢绕组、第三集中式电枢绕组203和第六集中式电枢绕组206串联组成C相电枢绕组。集中式悬浮绕组3分为第一集中式悬浮绕组301、第二集中式悬浮绕组302、第三集中式悬浮绕组303、第四集中式悬浮绕组304、第五集中式悬浮绕组305和第六集中式悬浮绕组306,本设计将控制电机转子X轴方向位移的X相悬浮绕组分为Xl相和X2相,Xl相由第一集中式悬浮绕组301和第四集中式悬浮绕组304串联而成,X2相由第三集中式悬浮绕组303与第六集中式悬浮绕组306顺序串联组成。控制电机转子Y轴方向的悬浮绕组Y相由第二集中式悬浮绕组302和第五集中式悬浮绕组305串联组成。
[0025]以上所述仅为本发明的具体应用范例,对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式,但凡采用根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化,皆应纳入本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种双定子交替磁极式无轴承磁通反向电机,其特征在于:所述电机包括外定子、内定子、转子、电枢绕组、悬浮绕组和永磁体;所述外定子、内定子和转子均为凸极结构;所述转子位于外定子内侧、内定子外侧、夹在内定子和外定子之间,且和两者之间存在空气隙;所述内定子和外定子上的铁心齿均指向转子;所述电枢绕组和悬浮绕组嵌套在所述外定子的铁心齿上;所述永磁体嵌套在所述内定子上。
2.根据权利要求1所述的电机,其特征在于:所述外定子上设有和转子径向相对的铁心齿;所述外定子的铁心齿包括两种不同宽度的铁心齿,沿外定子的圆周方向交替分布,两种不同宽度的铁心齿上分别放置一套电枢绕组和一套悬浮绕组。
3.根据权利要求2所述的电机,其特征在于:所述电枢绕组为集中式电枢绕组;所述悬浮绕组为集中式悬浮绕组。
4.根据权利要求3所述的电机,其特征在于:所述永磁体嵌套在所述内定子的齿槽内,和内定子的铁心齿交替分布;所述永磁体充磁方向为径向充磁,充磁方向均指向转子;所述转子采用导磁材料。
5.根据权利要求4所述的电机,其特征在于:所述外定子为12齿槽,内定子为6齿槽,转子为11极;所述外定子的铁心齿上沿圆周方向依次嵌套有第一集中式电枢绕组、第一集中式悬浮绕组、第二集中式电枢绕组、第二集中式悬浮绕组、第三集中式电枢绕组、第三集中式悬浮绕组、第四集中式电枢绕组、第四集中式悬浮绕组、第五集中式电枢绕组、第五集中式悬浮绕组、第六集中式电枢绕组、第六集中式悬浮绕组;所述第一集中式电枢绕组和第四集中式电枢绕组、第二集中式电枢绕组和第五集中式电枢绕组、第三集中式电枢绕组和第六集中式电枢绕组分别串联组成A相电枢绕组、B相电枢绕组、C相电枢绕组;所述第一集中式悬浮绕组和第四集中式悬浮绕组、第二集中式悬浮绕组和第五集中式悬浮绕组、第三集中式悬浮绕组和第六集中式悬浮绕组分别串联组成Xl相悬浮绕组、X2相悬浮绕组、Y相悬浮绕组。
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