CN106411081A - 一种双定子无轴承磁通反向电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双定子无轴承磁通反向电机，包括外定子、转子、内定子、永磁体、电枢绕组、悬浮绕组；外定子有6个定子槽，专门放置电枢绕组，空间相对的两个定子齿上的绕组串联构成一相；其中每个定子槽中均设有电枢绕组，且径向相对的定子槽中的电枢绕组串联为一相，每个定子槽的底部贴有一对用来产生励磁磁场的永磁体，且同一定子槽的底部的一对永磁体极性相反；所述转子包含8个等间距分布转子齿，内定子上等间隔地设置有2个X轴方向的悬浮极和2个Y轴方向的悬浮极，悬浮极上设有实现转子悬浮的悬浮绕组。该类电机融合了双定子电机精度高、响应快以及磁通反向电机功率密度高，磁通呈双极性变化的优点，使得电机的结构紧凑。

Description

一种双定子无轴承磁通反向电机

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种双定子无轴承磁通反向电机。

背景技术

磁通反向电机具有转子结构简单、功率密度高、电感小、惯性低，适于高速旋转的场合等优点。但转子在高速运行时会引起机械轴承磨损，缩短电机的使用寿命，影响了电机的进一步发展。

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。

纵观国内外发表的文献，采用无轴承技术的电机类型主要有异步电机、磁阻电机和永磁同步电机（均指转子永磁式，下同）。无轴承异步电机以其结构简单、可靠性高、易于弱磁等特点成为研究最早的无轴承电机类型。但是，它突出的问题是其悬浮力控制和转矩控制耦合，转速容易被悬浮力控制干扰。无轴承开关磁阻电机结构简单，制造和维护方便，鲁棒性好，适用于高温等恶劣环境。但是，无轴承开关磁阻电机的功率密度和效率难以进一步提高。相比之下，无轴承永磁同步电机以其结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高和功率密度大等优势，在飞轮储能、各种高速机床主轴电机和密封泵类、离心机、压缩机、高速微型硬盘驱动装置等领域更具备实用化优势，被认为是最有应用前景的无轴承电机。然而，已经出现的采用传统转子永磁式结构的无轴承永磁同步电机具有一定的局限性：一方面，永磁体贴装于转子表面或内嵌于转子破坏了转子的整体性结构，而作为高速用电机，其转子通常都处于高速甚至超高速运行状态（数万转/分甚至数十万转/分），为防止电机高速运转时磁钢受到离心力的影响而甩落，在转子上都装有不锈钢或金属纤维材料制作的固定装置，导致其结构复杂，制造成本提高，等效气隙长，永磁体利用率降低；另一方面，永磁体位于转子，冷却条件差，散热困难，随着温度的上升，导致以钕铁硼为主的永磁体性能下降，严重时甚至发生不可逆退磁，制约了电机性能的进一步提高，进而限制了无轴承转子永磁式电机在某些场合的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有电机存在的一些不足，本发明目的在于提供一种电枢绕组与悬浮绕组解耦，两种绕组共同作用的双定子无轴承磁通反向电机，本发明旨在简化电机结构空间，改善电机机械轴承的磨损问题，并且克服了电机电磁转矩和悬浮力之间的耦合，增大了电枢绕组、悬浮绕组控制的灵活性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种双定子无轴承磁通反向电机，该电机包括外定子、转子和内定子，所述外定子、转子和内定子依次同心嵌套；所述外定子包含6个定子槽，其中每个定子槽中均设有电枢绕组，且径向相对的定子槽中的电枢绕组串联为一相，每个定子槽的底部贴有一对用来产生励磁磁场的永磁体，且同一定子槽的底部的一对永磁体极性相反；所述转子包含8个等间距分布转子齿，内定子上等间隔地设置有2个X轴方向的悬浮极和2个Y轴方向的悬浮极，悬浮极上设有实现转子悬浮的悬浮绕组。

作为本发明一种双定子无轴承磁通反向电机的进一步优选方案，所述外定子、转子和内定子均为凸极结构。

作为本发明一种双定子无轴承磁通反向电机的进一步优选方案，所述转子的极距为45°。

作为本发明一种双定子无轴承磁通反向电机的进一步优选方案，所述转子由导磁材料构成。

作为本发明一种双定子无轴承磁通反向电机的进一步优选方案，所述永磁体采用钕铁硼永磁材料制成。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、结构清晰，功能明确：外定子上的电枢绕组实现电机旋转，定子齿上的永磁体提供励磁磁场，内定子上的悬浮绕组实现转子的悬浮功能，便于维护和控制；

2、电枢绕组和悬浮绕组磁路相互独立，悬浮力由悬浮绕组独自承担，避免了两者的磁路耦合，二者不存在彼此制约；

3、电机中的电枢和悬浮绕组都采用集中绕组，端部较短，损耗较低；4、悬浮绕组、电枢绕组和永磁体三者均置于定子铁心，转子结构简单，易于散热，运行可靠；

4、本发明将无轴承技术应用到磁通反向电机中，在保留磁通反向电机优良性能的基础上，进一步消除了机械轴承带来的问题，同时又解决了无轴承电机电枢绕组磁路和悬浮绕组磁路电磁耦合的难题。

附图说明

图1是本发明所提出的双定子无轴承磁通反向电机结构示意图。

图中标号具体如下：1-外定子，2-转子，3-内定子，4-永磁体，5-电枢绕组，6-悬浮绕组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示一种双定子无轴承磁通反向电机，包括一个外定子1、一个转子2和一个内定子3组成三凸极结构，转子2和内外两个定子同心嵌套。

所述外定子1包含6个定子槽，所述每个定子槽中均设有电枢绕组5，每个定子槽的底部贴有一对用来产生励磁磁场的永磁体4，且同一定子槽的底部的一对永磁体极性相反；所述转子包含8个等间距分布转子齿，转子极距为45°，转子上既无绕组又无永磁体，由导磁材料构成内定子上等间隔地设置有4个悬浮极，分为X轴和Y轴方向，即内定子上等间隔地设置有2个X轴方向的悬浮极和2个Y轴方向的悬浮极，悬浮极上设有实现转子悬浮的悬浮绕组。外定子上的电枢绕组和内定子上悬浮绕组的磁通路径互不干扰，克服了转矩与悬浮部分之间的耦合问题。电枢绕组5位于外定子，悬浮绕组6位于内定子，通过两套绕组电枢绕组5和悬浮绕组6与永磁体磁场的相互作用使电机同时具有旋转和悬浮能力，电枢绕组的磁通路径和悬浮绕组的磁通路径独立。电枢绕组相数为3，定子极数为6，则径向相对的定子齿上的电枢绕组串联为一相。当悬浮极数为4时，所述悬浮绕组之间相互独立，单独控制每个悬浮绕组的电流大小即可获得所需径向悬浮力。

其中，外定子1上有6个齿缠绕着电枢绕组5，第一电枢绕组51和第四电枢绕组54串联组成A相，第二电枢绕组52和第五电枢绕组55串联组成B相，第三电枢绕组53和第六电枢绕组56串联组成C相。外定子齿表面贴装用来产生励磁磁场的永磁体4，永磁体选用铁氧体或者钕铁硼永磁材料制成，且同一定子齿下永磁体极性相反。转子2为凸极结构，上面既无绕组又无永磁体，结构简单。 内定子3上等间隔地设置4个悬浮齿，上面缠绕着悬浮绕组6，各悬浮绕组之间不串接。给第一悬浮绕组61和第三悬浮绕组63通入电流，可以控制X轴方向的悬浮力，给第二悬浮绕组62和第四悬浮绕组64圈通入电流可以控制Y轴方向的悬浮力。

综上所述，本发明结构清晰，功能明确：外定子上的电枢绕组实现电机旋转，定子齿上的永磁体提供励磁磁场，内定子上的悬浮绕组实现转子的悬浮功能，便于维护和控制；电枢绕组和悬浮绕组磁路相互独立，悬浮力由悬浮绕组独自承担，避免了两者的磁路耦合，二者不存在彼此制约；电机中的电枢和悬浮绕组都采用集中绕组，端部较短，损耗较低；4、悬浮绕组、电枢绕组和永磁体三者均置于定子铁心，转子结构简单，易于散热，运行可靠；本发明将无轴承技术应用到磁通反向电机中，在保留磁通反向电机优良性能的基础上，进一步消除了机械轴承带来的问题，同时又解决了无轴承电机电枢绕组磁路和悬浮绕组磁路电磁耦合的难题。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.一种双定子无轴承磁通反向电机，其特征在于：该电机包括外定子、转子和内定子，所述外定子、转子和内定子依次同心嵌套；所述外定子包含6个定子槽，其中每个定子槽中均设有电枢绕组，且径向相对的定子槽中的电枢绕组串联为一相，每个定子槽的底部贴有一对用来产生励磁磁场的永磁体，且同一定子槽的底部的一对永磁体极性相反；所述转子包含8个等间距分布转子齿，内定子上等间隔地设置有2个X轴方向的悬浮极和2个Y轴方向的悬浮极，悬浮极上设有实现转子悬浮的悬浮绕组。

2.根据权利要求1所述的一种双定子无轴承磁通反向电机，其特征在于：所述外定子、转子和内定子均为凸极结构。

3.根据权利要求1所述的一种双定子无轴承磁通反向电机，其特征在于：所述转子的极距为45°。

4.根据权利要求1所述的一种双定子无轴承磁通反向电机，其特征在于：所述转子由导磁材料构成。

5.根据权利要求1所述的一种双定子无轴承磁通反向电机，其特征在于：所述永磁体采用钕铁硼永磁材料制成。