CN108880153A - 一种磁悬浮永磁同步电机 - Google Patents

一种磁悬浮永磁同步电机 Download PDF

Info

Publication number
CN108880153A
CN108880153A CN201810856021.1A CN201810856021A CN108880153A CN 108880153 A CN108880153 A CN 108880153A CN 201810856021 A CN201810856021 A CN 201810856021A CN 108880153 A CN108880153 A CN 108880153A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
permanent magnet
magnetic
magnet synchronous
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810856021.1A
Other languages
English (en)
Inventor
袁野
孙玉坤
朱志莹
黄永红
黄振跃
张维煜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201810856021.1A priority Critical patent/CN108880153A/zh
Publication of CN108880153A publication Critical patent/CN108880153A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/15—Sectional machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮永磁同步电机，由二十四槽内定子、混合转子和三极混合外定子组成，混合外定子包括第一外定子、第二外定子和轴向永磁环，混合转子外层由硅钢片叠压而成，混合转子内层是halbach永磁体，产生单向向内的磁场，因此转矩磁路不需要通过转子轭，转子轭中只有悬浮磁路，实现了转矩磁场与悬浮磁场的解耦。本发明解决了磁悬浮永磁同步电机转矩磁场和悬浮磁场之间的耦合问题，在电机本体上实现了转矩和悬浮力的解耦控制，同时悬浮力不受转子位置角影响的特性有利于磁悬浮永磁同步电机转子稳定悬浮。

Description

一种磁悬浮永磁同步电机
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮永磁同步电机，属于高速及超高速电气传动领域。
背景技术
双定子永磁同步电机因其高效、高功率密度性能，使其在串励混合动力电动汽车用电动/发电机、风力发电机中具有重要应用价值。然而在机械轴承、支承转轴的高速/超高速电机中，由于电机高速旋转使得摩擦阻力增加，轴承磨损严重，需定期维护，且因摩擦过程中，产生大量的热量，电机工作效率低，所以高速、高效率电机越来越受到重视，然而可靠性、高损耗等问题制约着高速、高效率电机的发展。为此，本发明提出一种转矩/悬浮自解耦磁悬浮永磁同步电机，具有功耗低、效率高、转矩和悬浮力无耦合且控制简单灵活的优点。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种磁悬浮永磁同步电机，实现了磁悬浮永磁同步电机电动、发电和转子自悬浮，在本体上解决了转矩磁场和悬浮磁场的耦合效应。
本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的：
一种磁悬浮永磁同步电机，包括由外向内依次轴向嵌套的混合外定子、混合转子及内定子，混合外定子和混合转子之间设有悬浮气隙，混合转子与内定子之间设有转矩气隙；
所述混合外定子由依次轴向排列的第一外定子、轴向永磁环和第二外定子粘合固定而成，外定子包括定子轭、定子齿、悬浮绕组，定子轭与三个等间隔放置的定子齿相连，每个定子齿上叠绕悬浮绕组；
所述混合转子包括转子外层和halbach永磁体构成的内层，永磁体固定在转子外层的内壁上；
所述内定子包括定子轭、开设在定子轭上的二十四个定子槽以及每个定子槽内叠有的双层绕组。
进一步，所述混合外定子和混合转子之间设有悬浮气隙，具体为：第二外定子与转子外层之间留有等间隙的径向悬浮气隙；所述混合转子与内定子之间设有转矩气隙，具体为：内定子与永磁体之间留有等间隙的径向转矩气隙。
进一步，所述第一外定子的定子轭与三个等间隔放置的第一定子齿相连，第一定子齿上叠绕第一悬浮绕组；所述第二外定子的定子轭与三个等间隔放置的第二定子齿相连，第二定子齿上叠绕第二悬浮绕组。
进一步，所述轴向永磁环的径向宽度与第一定子轭、第二定子轭的径向宽度相同。
进一步，所述第一悬浮绕组、第二悬浮绕组分别为三个对称分布、集中式的悬浮绕组。
进一步，所述转子外层采用硅钢片叠压而成。
本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：
1、利用双定子结构实现电机的电动、发电和转子自悬浮，具有高速低损耗，且机械摩擦损耗等优点。
2、电机转矩部分采用halbach永磁体只产生向内磁场，转子轭无需另置隔磁板，避免了悬浮磁场和转矩磁场的耦合，在本体结构上实现转矩/悬浮自解耦。
3、转矩绕组采用双层绕组，可以选择最有利的节距，使得电动机的旋转磁场更接近于正弦波。
4、悬浮绕组采用交流电流控制，通过三相功率电路驱动控制，具有控制简单，成本较低，低功率损耗的优点。
附图说明
图1为一种磁悬浮永磁同步电机轴向结构图。
图2为一种磁悬浮永磁同步电机的悬浮部分结构图，图2(a)为磁悬浮永磁同步电机悬浮部分轴向正视图，图2(b)为磁悬浮永磁同步电机悬浮部分轴向后视图。
图3为一种磁悬浮永磁同步电机的悬浮部分绕组示意图，图3(a)为磁悬浮永磁同步电机的第一悬浮绕组示意图，图3(b)为磁悬浮永磁同步电机的第二悬浮绕组示意图。
图4为一种磁悬浮永磁同步电机的悬浮部分工作原理图。
图5为一种磁悬浮永磁同步电机的转矩部分结构图。
图6为一种磁悬浮永磁同步电机的转矩部分工作原理图。
图7为一种磁悬浮永磁同步电机的halbach永磁体示意图与工作原理图。
其中：1：混合外定子，2：混合转子，3：内定子，4：悬浮气隙，5：转矩气隙，101：第一外定子，101-1：第一定子轭，101-2：第一定子齿，101-3：第一悬浮绕组，102：轴向永磁环，103：第二外定子，103-1：第二定子轭，103-2：第二定子齿，103-3：第二悬浮绕组，201：转子外层，202：halbach永磁体，301：定子轭，302：定子槽，303：双层绕组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、2所示，本发明磁悬浮永磁同步电机轴向结构图，包括混合外定子1、混合转子2、内定子3、悬浮气隙4和转矩气隙5，混合外定子1、混合转子2、内定子3由外向内依次轴向嵌套；混合外定子1由依次轴向排列的第一外定子101、轴向永磁环102和第二外定子103通过工业用胶粘合固定而成，轴向永磁环102为第一外定子101和第二外定子103提供产生悬浮力所需的偏置磁场；第一外定子101的定子轭101-1与三个等间隔放置的第一定子齿101-2相连，第一定子齿101-2上叠绕第一悬浮绕组101-3，第一悬浮绕组101-3内部通入交流电；第二外定子103的定子轭103-1与三个等间隔放置的第二定子齿103-2相连，第二定子齿103-2上叠绕第二悬浮绕组103-3，第二悬浮绕组103-3内部通入交流电；；
混合转子2包括转子外层201和halbach永磁体202构成的内层，halbach永磁体202固定在转子外层201的内壁上，halbach永磁体202为电机旋转提供磁场，转子外层201采用硅钢片叠压而成；如图5所示，内定子3包括定子轭301、二十四个定子槽302、双层绕组303，定子槽302开设在定子轭301上，每个定子槽内叠有双层绕组303；外定子103与转子外层201之间留有等间隙的径向悬浮气隙4，内定子3与halbach永磁体202之间留有等间隙的径向转矩气隙，轴向永磁环102的径向宽度与第一定子轭101-1、第二定子轭103-1的径向宽度相同。
如图3(a)、(b)所示，本发明磁悬浮永磁同步电机的悬浮部分绕组示意图：悬浮部分定子是混合外定子1，以第一外定子101为例，三个对称分布的集中式第一悬浮绕组101-3，三相对称绕组，通入三相交流控制电流iU1、iV1和iW1后，和轴向永磁环102产生的合成磁场对转子2产生吸引力，实现转子2的径向悬浮。第二外定子103与第一外定子101结构相同，绕组连接方式相同。
如图4所示，本发明磁悬浮永磁同步电机的悬浮部分工作原理：轴向永磁环102产生的偏置磁通用带箭头的实线，表示从N极出发分别经过第一定子齿101-2、第一定子齿悬浮气隙、转子外层201、悬浮气隙4、第二定子齿103-2，最后回到轴向永磁环102的S极。绕组产生的控制磁通用带箭头的虚线表示，由于永磁环的相对磁导率较小，故控制磁通只在各侧的第一定子轭101-2内部、转子外层201和两者间的气隙中形成回路，与偏置磁通和转矩磁通互不干扰，不存在磁路耦合；气隙处的磁通由控制磁通与偏置磁通叠加而成，对转子形成悬浮力。图中，ΦisU1为悬浮绕组101-3的U相绕组通电后产生的控制磁通，ΦisV1为悬浮绕组101-3的W相绕组通电后产生的控制磁通，ΦisW1为悬浮绕组101-3的V相绕组通电后产生的控制磁通，Φm为轴向永磁环102产生的偏置磁通。
如图6所示，本发明磁悬浮永磁同步电机的转矩部分工作原理：二十四个定子槽302内均叠有双层绕组303，这些绕组分为A、B、C三相，绕组A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8串联为A相，绕组B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8串联为B相，线圈C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8串联为C相；在运行时，三相依次通入交变电流，在转矩气隙5内形成变化的磁场，与halbach永磁体202共同作用，使转子2始终保持在一个方向转动。
如图7所示，本发明磁悬浮永磁同步电机的halbach永磁体示意图与工作原理：halbach永磁体202排列方式如图所示，该结构可产生了向下的单向磁场，不需要上部定子轭来构成闭合回路，且由于永磁体的相对磁导率较小，悬浮磁路不会对转矩部分造成影响，故磁场和悬浮磁场在本体上实现隔离。
根据以上所述，便可以实现本发明。对本领域的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下做出的其它的变化和修改，仍包括在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，包括由外向内依次轴向嵌套的混合外定子(1)、混合转子(2)及内定子(3)，混合外定子(1)和混合转子(2)之间设有悬浮气隙(4)，混合转子(2)与内定子(3)之间设有转矩气隙(5)；
所述混合外定子(1)由依次轴向排列的第一外定子(101)、轴向永磁环(102)和第二外定子(103)粘合固定而成，外定子包括定子轭、定子齿、悬浮绕组，定子轭与三个等间隔放置的定子齿相连，每个定子齿上叠绕悬浮绕组；
所述混合转子(2)包括转子外层(201)和永磁体(202)构成的内层，永磁体(202)固定在转子外层(201)的内壁上；
所述内定子(3)包括定子轭(301)、开设在定子轭上的二十四个定子槽(302)以及每个定子槽内叠有的双层绕组(303)。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述永磁体(202)为halbach永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述混合外定子(1)和混合转子(2)之间设有悬浮气隙(4)，具体为：第二外定子(103)与转子外层(201)之间留有等间隙的径向悬浮气隙。
4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述混合转子(2)与内定子(3)之间设有转矩气隙(5)，具体为：内定子(3)与永磁体(202)之间留有等间隙的径向转矩气隙。
5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述第一外定子(101)的定子轭(101-1)与三个等间隔放置的第一定子齿(101-2)相连，第一定子齿(101-2)上叠绕第一悬浮绕组(101-3)。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述第二外定子(103)的定子轭(103-1)与三个等间隔放置的第二定子齿(103-2)相连，第二定子齿(103-2)上叠绕第二悬浮绕组(103-3)。
7.根据权利要求5或6所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述轴向永磁环(102)的径向宽度与第一定子轭(101-1)、第二定子轭(103-1)的径向宽度相同。
8.根据权利要求5或6所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述第一悬浮绕组(101-3)、第二悬浮绕组(103-3)分别为三个对称分布、集中式的悬浮绕组。
9.根据权利要求1所述的一种磁悬浮永磁同步电机，其特征在于，所述转子外层(201)采用硅钢片叠压而成。
CN201810856021.1A 2018-07-31 2018-07-31 一种磁悬浮永磁同步电机 Pending CN108880153A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810856021.1A CN108880153A (zh) 2018-07-31 2018-07-31 一种磁悬浮永磁同步电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810856021.1A CN108880153A (zh) 2018-07-31 2018-07-31 一种磁悬浮永磁同步电机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108880153A true CN108880153A (zh) 2018-11-23

Family

ID=64306899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810856021.1A Pending CN108880153A (zh) 2018-07-31 2018-07-31 一种磁悬浮永磁同步电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108880153A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008302789A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Toyota Auto Body Co Ltd ダブルステータ型インホイールモータ
CN104883016A (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 江苏大学 一种双定子磁场调制型永磁电机
CN108336877A (zh) * 2018-02-27 2018-07-27 江苏大学 一种双定子磁悬浮永磁无刷直流电机

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008302789A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Toyota Auto Body Co Ltd ダブルステータ型インホイールモータ
CN104883016A (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 江苏大学 一种双定子磁场调制型永磁电机
CN108336877A (zh) * 2018-02-27 2018-07-27 江苏大学 一种双定子磁悬浮永磁无刷直流电机

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2286503B1 (en) Composite electromechanical machines with uniform magnets
CN101651394B (zh) 采用谐波励磁的混合励磁永磁电机
US20110018383A1 (en) Permanent-magnet switched-flux machine
CN105656269B (zh) 一种无轴承永磁同步发电机
CN110829662B (zh) 一种并列结构混合励磁无刷电机及其发电系统
CN108092480B (zh) 一种永磁电机
CN103997174A (zh) 基于磁齿轮的转子凸极式混合励磁电机
KR101091436B1 (ko) 영구자석 모터
CN205509809U (zh) 一种无轴承永磁同步发电机
CN207977873U (zh) 一种永磁电机
EP3916971A1 (en) New two-stator and two-rotor combined energy-saving motor
CN111245187B (zh) 一种环形绕组双转子磁通反向电机
CN106487176B (zh) 旋转电机
CN210405045U (zh) 轴向并列复合电机
CN111224477A (zh) 基于谐波绕组励磁的并列结构无刷混合励磁同步发电机
CN101976923B (zh) 二次谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN108336877A (zh) 一种双定子磁悬浮永磁无刷直流电机
CN206149117U (zh) 一种谐波自励恒压混合励磁永磁电机
CN108880153A (zh) 一种磁悬浮永磁同步电机
CN109217602A (zh) 多相永磁同步驱动电机、应用及其方法
WO2018076477A1 (zh) 电机
CN101931348A (zh) 一种基于混励式磁环的双磁环感应式磁能发电机
CN102013779B (zh) 五次谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN201956856U (zh) 五次谐波励磁的混合励磁永磁电机
CN107707092B (zh) 一种无刷交流发电机及发电技术

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181123