CN108768215A - 一种径向电机轴向轴承的盘式磁悬浮开关磁阻电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径向电机轴向轴承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侧分别均匀布置有数个轴向悬浮齿,所述径向定子铁心内壁均匀布置有数个径向悬浮齿,相邻径向悬浮齿之间的径向定子铁心内壁连接有隔磁块,所述隔磁块上间隔设置有数个转矩齿,所述轴向悬浮齿、径向悬浮齿、转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组、径向悬浮绕组、转矩绕组;所述双盘式转子由转子铁心,同轴连接于转子铁心两端的盘式转子,以及同轴延伸至盘式转子外端的转轴组成,所述转子铁心同轴贯穿定子,其中部设置有与转矩齿相对应的径向转子齿。
Description
技术领域
本发明涉及盘式磁悬浮开关磁阻电机领域,具体涉及一种径向电机轴向轴承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、结构紧凑的径向电机轴向轴承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:
一种径向电机轴向轴承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侧分别均匀布置有数个轴向悬浮齿,所述径向定子铁心内壁均匀布置有数个径向悬浮齿,相邻径向悬浮齿之间的径向定子铁心内壁连接有隔磁块,所述隔磁块上间隔设置有数个转矩齿,所述轴向悬浮齿、径向悬浮齿、转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组、径向悬浮绕组、转矩绕组;所述双盘式转子由转子铁心,同轴连接于转子铁心两端的盘式转子,以及同轴延伸至盘式转子外端的转轴组成,所述转子铁心同轴贯穿定子,其中部设置有与转矩齿相对应的径向转子齿。
本发明的进一步方案是,所述径向悬浮齿的齿宽大于转矩齿的齿宽,且径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为本发明的结构爆炸图。
图2为本发明的三维结构示意图。
图3为本发明的定子三维结构示意图。
图4为本发明的定子左视图。
图5为本发明的磁通与悬浮原理示意图。
具体实施方式
如图1~4所示的一种径向电机轴向轴承的盘式磁悬浮开关磁阻电机,以轴向悬浮齿数目为4、径向悬浮齿数为4、转矩齿数为8和转子齿数目14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、右两侧分别均匀布置有四个位于x方向和y方向的左轴向悬浮齿15、右轴向悬浮齿16,所述径向定子铁心2内壁均匀布置有四个分别位于x方向和y方向、沿径向定子铁心2径向向内延伸的径向悬浮齿18,相邻径向悬浮齿18之间的径向定子铁心2内壁连接有铝制的隔磁块21,所述隔磁块21上间隔设置有两个沿径向定子铁心2径向向内延伸的转矩齿17,所述径向悬浮齿18的齿宽大于转矩齿17的齿宽,且径向悬浮齿18的齿宽大于电机一个极距,所述左轴向悬浮齿15、右轴向悬浮齿16、径向悬浮齿18、转矩齿17上分别绕制有左轴向悬浮绕组4、右轴向悬浮绕组5、径向悬浮绕组20、转矩绕组19,左轴向悬浮绕组4、右轴向悬浮绕组5、径向悬浮绕组20与转矩绕组19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9,以及同轴连接于转子铁心9两端的左盘式转子6、右盘式转子7组成,所述转子铁心9为空心管形,其内腔同轴连接有延伸至左盘式转子6、右盘式转子7外端的转轴8;所述转子铁心9和转轴8同轴贯穿定子,其中部设置有与转矩齿17的厚度、宽度相同、位置相对应的径向转子齿10。
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6、右盘式转子7、转子铁心9均由导磁性能良好的材料制成。
如图5所示,悬浮原理是:永磁环3产生左偏置磁通11、右偏置磁通12,其中左偏置磁通11沿轴向定子铁心1、轴向定子铁心1与左盘式转子6之间的气隙、左盘式转子6、转子铁心9、径向转子齿10、径向转子齿10与径向定子铁心2之间气隙、径向定子2形成左侧闭合路径;其中右偏置磁通12沿轴向定子铁心1、轴向定子铁心1与右盘式转子7之间的气隙、右盘式转子7、转子铁心9、径向转子齿10、径向转子齿10与径向定子铁心2之间气隙、径向定子2形成右侧闭合路径。
径向悬浮绕组20通电后产生的径向悬浮控制磁通14,经过径向定子铁心2、径向转子齿10、转子铁心9、径向转子齿10与径向定子铁心2间气隙形成闭合回路。
左轴向悬浮绕组4、右轴向悬浮绕组5产生的轴向悬浮控制磁通13经过轴向定子铁心1与左盘式转子6之间的气隙、左盘式转子6、转子铁心9、右盘式转子7、右盘式转子7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13调节左偏置磁通11、右偏置磁通12产生轴向悬浮力,径向悬浮控制磁通14调节左偏置磁通11、右偏置磁通12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:
将转矩绕组19分为若干相,对其中任意两相通电产生的转矩绕组磁场在转矩齿17和径向转子齿10之间形成闭合路径,产生使转子旋转的转矩力。
Claims (3)
1.一种径向电机轴向轴承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)的轴向两侧分别均匀布置有数个轴向悬浮齿,所述径向定子铁心(2)内壁均匀布置有数个径向悬浮齿(18),相邻径向悬浮齿(18)之间的径向定子铁心(2)内壁连接有隔磁块(21),所述隔磁块(21)上间隔设置有数个转矩齿(17),所述轴向悬浮齿、径向悬浮齿(18)、转矩齿(17)上分别绕制有轴向悬浮绕组、径向悬浮绕组(20)、转矩绕组(19);所述双盘式转子由转子铁心(9),同轴连接于转子铁心(9)两端的盘式转子,以及同轴延伸至盘式转子外端的转轴(8)组成,所述转子铁心(9)同轴贯穿定子,其中部设置有与转矩齿(17)相对应的径向转子齿(10)。
2.如权利要求1所述的一种径向电机轴向轴承的盘式磁悬浮开关磁阻电机,其特征在于:所述径向悬浮齿(18)的齿宽大于转矩齿(17)的齿宽,且径向悬浮齿(18)的齿宽大于电机一个极距。
3.如权利要求1所述的一种径向电机轴向轴承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。
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