CN108696189A - 一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，包括定子和双盘式转子，所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心、永磁环、径向定子铁心；所述轴向定子铁心的轴向两端均匀分布有轴向悬浮齿，相邻轴向悬浮齿之间的轴向定子铁心端面连接有隔磁块，所述隔磁块上均布有转矩齿，所述轴向悬浮齿和转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组和转矩绕组；所述径向定子铁心的内圆周均布有径向悬浮齿，所述径向悬浮齿上绕制有径向悬浮绕组；所述双盘式转子由转子铁心，以及分别同轴连接于转子铁心两端的盘式转子组成，所述转子铁心同轴连接有转轴，所述盘式转子的内端均布有数个转子齿，所述转子铁心贯穿定子，其中部设置有径向吸力盘。

Description

一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机

技术领域

本发明涉及盘式磁悬浮开关磁阻电机领域，具体涉及一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机。

背景技术

无轴承电机具有无摩擦、磨损、无需润滑和密封，易于实现更高转速和更大功率运行，在航空航天、涡轮分子泵、飞轮储能、密封泵、高速电主轴等领域具有广阔的应用前景。无轴承电机主要分为无轴承异步（感应）电机、无轴承永磁同步电机和无轴承开关磁阻电机三种。特别是其中的无轴承开关磁阻电机具有结构简单，机械强度高、控制灵活、容错性能好，鲁棒性好等优势，在电动汽车、通用工业、家用电器等领域具有广阔的应用前景。

要实现无轴承开关磁阻电机转子稳定悬浮，必须在径向四个自由度和轴向单自由度上同时施加主动控制力。传统的五自由度无轴承开关磁阻电机通常有以下三种结构：

1、采用一个轴承磁轴承和两个两自由度无轴承开关磁阻电机构成；

2、采用一个轴向磁轴承、一个径向磁轴承和一个两自由度无轴承开关磁阻电机构成；

3、采用一个三自由度径向-轴向磁轴承和一个无轴承开关磁阻电机构成；

这三种结构均需单独采用轴向磁轴承，增大了系统轴向长度，降低了系统临界转速，限制了转速和功率的进一步提升，并且传统的无轴承开关磁阻电机每个定子齿上均绕制两套绕组，即悬浮绕组和转矩绕组，且两套绕组极对数必须满足加减一的关系，通过协调控制转矩绕组和悬浮绕组电流，同时产生转矩和悬浮力，转矩控制和悬浮控制之间存在强耦合。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、结构紧凑的径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，为特种电气传动提供新的解决方案。

本发明通过以下技术方案实现：

一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，包括定子和双盘式转子，所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心、永磁环、径向定子铁心；所述轴向定子铁心的轴向两端均匀分布有数个轴向悬浮齿，相邻轴向悬浮齿之间的轴向定子铁心端面连接有隔磁块，所述隔磁块上均布有数个转矩齿，所述轴向悬浮齿和转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组和转矩绕组；所述径向定子铁心的内圆周均布有数个径向悬浮齿，所述径向悬浮齿上绕制有径向悬浮绕组；所述双盘式转子由转子铁心，以及分别同轴连接于转子铁心两端的盘式转子组成，所述转子铁心同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴，所述盘式转子的内端均布有数个正对轴向定子铁心的转子齿，所述转子铁心贯穿定子，其中部设置有正对径向定子铁心的径向吸力盘。

本发明的进一步方案是，所述轴向悬浮齿的齿宽大于转矩齿的齿宽，且轴向悬浮齿的齿宽大于电机一个极距。

本发明的进一步方案是，所述永磁环采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

由一个位于轴向定子铁心与径向定子铁心之间的、沿径向磁化的永磁环提供偏置磁通；轴向悬浮绕组通电后产生轴向悬浮控制磁通，径向悬浮绕组通电后产生径向悬浮控制磁通，径向悬浮控制磁通、轴向悬浮磁通分别与偏置磁通相互作用产生使转子径向、轴向稳定悬浮的悬浮力；与每个定子齿上设置有两套绕组的无轴承开关磁阻电机相比，悬浮控制、转矩控制相互独立，控制简单，易于实现；与普通五自由度无轴承开关电机相比，具有轴向长度更短，能够实现高速/超高速运行，所需位移传感器较少，驱动电路较少，控制系统硬件简单的特点；该结构的电机体积小、重量轻、结构紧凑，为特种电气传动提供新的解决方案。

附图说明

图1为本发明的爆炸图。

图2为本发明的正视剖面与磁通示意图。

图3为本发明的径向铁心左视图。

图4为本发明的三维结构示意图。

具体实施方式

如图1~4所示的一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，以左、右轴向悬浮齿数、转子齿数和径向悬浮齿数分别为4/4/14/4为例，包括定子和双盘式转子；所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心1、永磁环3、径向定子铁心2；

所述轴向定子铁心1的轴向左、右两端均匀分布有四个位于x方向和y方向的、沿轴向延伸的左轴向悬浮齿19、右轴向悬浮齿22，相邻的左轴向悬浮齿19之间的轴向定子铁心1左端面，以及相邻的右轴向悬浮齿22之间的轴向定子铁心1右端面分别连接有铝制的左隔磁块18、右隔磁块25，每个所述左隔磁块18、右隔磁块25上分别均布有两个左转矩齿20、右转矩齿21，所述左轴向悬浮齿19、右轴向悬浮齿22的齿宽大于左转矩齿20、右转矩齿21的齿宽，且左轴向悬浮齿19、右轴向悬浮齿22的齿宽大于电机一个极距；所述左轴向悬浮齿19、右轴向悬浮齿22、左转矩齿20、右转矩齿21上分别绕制有左轴向悬浮绕组16、右轴向悬浮绕组26、左转矩绕组17、右转矩绕组27；所述径向定子铁心2的内圆周均布有四个位于x方向和y方向的径向悬浮齿28，所述径向悬浮齿28上绕制有径向悬浮绕组9，所述左轴向悬浮绕组16、右轴向悬浮绕组26、左转矩绕组17、右转矩绕组27、径向悬浮绕组9均为集中式绕组，采用导电良好的电磁线圈绕制后侵漆烘干而成；所述双盘式转子由转子铁心7，以及分别同轴连接于转子铁心7左、右两端的左盘式转子4、右盘式转子5组成，所述转子铁心7同轴连接有延伸出左盘式转子4、右盘式转子5外端的转轴6，左盘式转子4、右盘式转子5内端边沿分均布有十四个正对轴向定子铁心1的左转子齿14、右转子齿15；所述转子铁心7贯穿定子，其中部设置有正对径向定子铁心2的径向吸力盘8。

所述永磁环3采用磁性能良好的稀土永磁体或铁氧体永磁体制成，所述轴向定子铁心1、径向定子铁心2、左盘式转子4、右盘式转子5、转子铁心7均由导磁性能良好的材料制成。

悬浮原理是：

永磁环3产生不经过左、右转矩齿的左偏置磁通10、右偏置磁通11，其中左偏置磁通10从永磁环3的N极出发，沿轴向定子铁心1上的左侧悬浮齿19、左侧悬浮齿19与左盘式转子4之间的气隙、左盘式转子4、转子铁心7、径向吸力盘8、径向吸力盘8与径向定子铁心2之间气隙、径向定子2回到永磁环3的S极形成左侧闭合路径；右偏置磁通11从永磁环3的N极出发，沿轴向定子铁心1上的右侧悬浮齿22、右侧悬浮齿22与右盘式转子5之间的气隙、右盘式转子5、转子铁心7、径向吸力盘8、径向吸力盘8与径向定子铁心2之间气隙、径向定子2回到永磁环3的S极形成右侧闭合路径。

径向悬浮绕组9通电后产生的径向悬浮控制磁通13，经过径向定子铁心2、径向吸力盘8、转子铁心7、径向吸力盘8与径向定子铁心2间气隙形成闭合回路。

左轴向悬浮绕组16、右轴向悬浮绕组26产生的轴向悬浮控制磁通12经过轴向定子铁心1与左盘式转子4之间的气隙、左盘式转子4、转子铁心7、右盘式转子5、右盘式转子5与轴向定子铁心1之间的气隙形成闭合回路。

轴向悬浮控制磁通12调节左偏置磁通10、右偏置磁通11产生轴向悬浮力，径向悬浮控制磁通13调节左偏置磁通10、右偏置磁通11产生径向悬浮力。

根据现有技术，在轴向定子和径向定子上分别安装位移传感器，建立位移闭环系统，当转子偏移轴向和径向平衡位置时，通过位移负反馈，调节轴向悬浮绕组和径向悬浮绕组电流值，产生使转子回到平衡位置的悬浮力，实现转子轴向和径向稳定悬浮。

旋转原理是：

将轴向定子铁心1左、右两侧的左转矩齿20、右转矩齿21上绕制的左转矩绕组17、右转矩绕组27同向串联或并联，然后分为若干相，对其中任意两相通电产生的转矩绕组磁场在左转矩齿20和左转子齿14之间以及右转矩齿21和右转子齿15之间形成闭合路径，产生使转子旋转的转矩力。

Claims (3)

1.一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，包括定子和双盘式转子，其特征在于：所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心（1）、永磁环（3）、径向定子铁心（2）；所述轴向定子铁心（1）的轴向两端均匀分布有数个轴向悬浮齿，相邻轴向悬浮齿之间的轴向定子铁心（1）端面连接有隔磁块，所述隔磁块上均布有数个转矩齿，所述轴向悬浮齿和转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组和转矩绕组；所述径向定子铁心（2）的内圆周均布有数个径向悬浮齿（28），所述径向悬浮齿（28）上绕制有径向悬浮绕组（9）；所述双盘式转子由转子铁心（7），以及分别同轴连接于转子铁心（7）两端的盘式转子组成，所述转子铁心（7）同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴（6），所述盘式转子的内端均布有数个正对轴向定子铁心（1）的转子齿，所述转子铁心（7）贯穿定子，其中部设置有正对径向定子铁心（2）的径向吸力盘（8）。

2.如权利要求1所述的一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述轴向悬浮齿的齿宽大于转矩齿的齿宽，且轴向悬浮齿的齿宽大于电机一个极距。

3.如权利要求1所述的一种径向轴承轴向电机的盘式磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述永磁环（3）采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。