CN1278478C - 混合转子式无轴承电机 - Google Patents
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Abstract
一种混合转子式无轴承电机，由壳体、定子、绕组、转子、负载等组成，该电机定子采用极数相差为2的两套定子绕组，转子采用永磁体和铁心组成的复合结构，壳体内安装有两个相同的定子，两个定子内含有两个相同的转子，通过转子轴联接，负载与转子轴采用机械连接，绕组的电源导线由壳体壁上的孔引出，本发明可同时兼得转矩和磁悬浮力指标，而且能够实现电机转速和磁悬浮力解耦的实时控制。
Description
所属技术领域
本发明属于一种电机，特别涉及一种混合转子式无轴承电机。
背景技术
如果把磁悬浮轴承与电机的定、转子合并，可使电机内的磁场不但能产生转矩，而且还能产生可控的径向力。这种依靠磁悬浮技术支撑转子的电机并不需要专门的轴承，属于无轴承。传统交流电机中常用转子结构形式，如感应式、磁阻式和永磁式转子都可以成为无轴承电机的转子，然而转子结构与无轴承电机的转矩和磁悬浮力的产生有关。对比结果表明，在同样体积下，表面式永磁转子和感应式转子可分别获得最大转矩和磁悬浮力指标。然而，对同一类型的转子不能同时兼得最大转矩和磁悬浮力。
另一方面，由于磁悬浮力是依靠电机定子两套绕组产生磁场的相互作用，磁悬浮力的两个沿垂直方向的分量之间存在耦合。所以磁悬浮力的解耦控制是无轴承电机控制中需要解决的另一关键问题。目前只能实现基于电机参数的近似解耦，还没有实现完全解耦控制的方法。
发明内容
针对表面永磁式转子和感应式转子不能同时兼得转矩和磁悬浮力指标及现有无轴承电机不能实现完全解耦控制的问题，本发明提供一种取消常规轴承，可以不但同时兼得转矩和磁悬浮力指标，而且能够实现转速和磁悬浮力解耦控制的混合转子式无轴承电机。
本发明的无轴承电机由壳体、定子、绕组、转子、负载等组成。壳体可以采用金属或非金属材料做成圆筒形状。在壳体上分别开有流体入口和出口，并留有电源导线过孔。壳体内共安装有两个相同的定子，它由电工硅钢片叠压而成，并开出一定数量的槽，以放入定子绕组，每槽内分成两层分别放入极数相差为2的两套定子绕组。
两个定子内含有两个相同的转子，通过转子轴将两个转子连接。每个转子都是永磁体和铁心组成的复合结构，其中的永磁体为钕铁硼材料，采用粘接办法固定在转子轴上。铁心由电工硅钢片叠压制成。在永磁体和铁心之间设有非金属材料的片状夹层，以防止永磁体漏磁。通过机械办法可将负载与转子轴联接。绕组的电源导线可由壳体留孔引出。
本发明的无轴承电机控制分为转速控制和磁悬浮力控制两部分。转速控制采用变频调速方法：磁悬浮力控制采用一种解耦控制方法。该方法利用本发明电机中转子结构特点，对悬浮力绕组电流进行矢量控制以达到实现磁悬浮力解耦控制的目的。主要包括以下步骤：(a)观测转矩绕组电流矢量，锁定该电流矢量为旋转坐标轴d轴方向；(b)按照此旋转坐标系，对悬浮力绕组电流矢量进行分解；(c)分别控制悬浮力绕组电流矢量的两个坐标分量，就可实现独立控制磁悬浮力的两个分量。
本发明的优点是不但同时兼得转矩和磁悬浮力指标，而且能够实现电机转速和磁悬浮力解耦的实时控制。混合转子上永磁部分在定子磁场的作用下输出转矩，并用以产生电机转子轴向定位力。铁心部分与定子磁场作用后产生径向支撑转子的磁悬浮力。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1铁心，2永磁体，3定子绕组，4定子，5壳体，6负载叶轮，7流体出口，8流体入口，9密封罩，10转子轭。
具体实施方式
如附图所示，本发明由壳体5、定子4、绕组3、负载6和转子组成。壳体5采用有机玻璃做成圆筒状，在其一端开有流体入口8，在另一端的侧面开有流体出口7，壳体5内共安装有两个相同的定子4，定子4由电工硅钢片叠压而成，并开出一定数量的槽，放入定子绕组3，每槽内分成两层分别放入4极和2极的两套定子绕组3，两个定子内含有两个相同的转子，通过转子轴将两个转子连接，每个转子均由铁心1和永磁体2复合而成，通过机械办法将负载与转子轴联接，绕组3的电源线通过壳体5上的孔引出。本实施例转子外径为16mm，轴长为44mm，永磁体2为4块长5mm、厚2mm的钕铁硼永磁体瓦片粘接在转子轭上，铁心1为0.5mm的电工硅钢片叠压制成，轴向长度为5mm，整个电机长62mm，直径为40mm。
Claims (5)
1、一种混合转子式无轴承电机，由壳体、定子、绕组、转子、负载组成，其特征在于该电机定子采用极数相差为2的两套绕组，转子采用永磁体和铁心组成的复合结构，壳体内共安装有两个相同的定子，两个定子内含有两个相同的转子，通过转子轴将两个转子连接，负载与转子轴采用机械连接，绕组的电源导线由壳体壁上的孔引出。
2、根据权利要求1所述的混合转子式无轴承电机，其特征在于所说的定子由电工硅钢片叠压制成，并开出一定数量的槽，放入定子绕组，每槽内分成两层分别放入极数相差为2的两套定子绕组。
3、根据权利要求1所述的混合转子式无轴承电机，其特征在于转子采用的永磁体为钕铁硼材料，采用粘接办法固定在转子轭上，铁心由电工硅钢片叠压而成。
4、根据权利要求1所述的混合转子式无轴承电机，其特征在于所说的混合转子在其永磁体和铁心之间设有非金属材料的片状夹层。
5、根据权利要求1所述的混合转子式无轴承电机，其特征在于该电机的壳体上开有流体入口和出口。
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