CN209120023U - 一种悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其包括外转子、绝磁轴以及依次设置在绝磁轴上的第一转矩定子、第一悬浮定子、第二悬浮定子和第二转矩定子，外转子包括转子本体以及依次设置在转子本体内壁上的第一转子齿、第二转子齿、第三转子齿和第四转子齿，第二转子齿和第三转子齿分别与第一悬浮定子和第二悬浮定子上的悬浮齿相对设置，第一转子齿和第四转子齿分别与第一转矩定子和第二转矩定子上的转矩齿相对设置。本实用新型中采用将悬浮齿和转矩齿分别设置在不同定子上，且悬浮齿内置的方式，不仅使得悬浮绕组和转矩绕组能够分别控制和工作、互不影响，提高了电机的控制精度，还使得悬浮绕组两侧均设置有转矩绕组，提高了转矩稳定性。

Description

一种悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及开关磁阻电机技术领域，特别是涉及一种悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机。

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。

目前，传统的无轴承开关磁阻电机是将磁轴承产生悬浮力的绕组集成到开关磁阻电机定子槽中，每个定子齿上均绕制两套绕组，即悬浮绕组和转矩绕组，通过协调控制转矩绕组和悬浮绕组电流，产生悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场，两者相互叠加，通过在转子一侧气隙磁场增强，相反方向气隙磁场减弱来获得指向气隙磁场增强方向的径向悬浮力，转矩控制和悬浮控制之间存在强耦合。然而，传统的无轴承将转矩绕组和悬浮绕组同时设置在同一定子的同一定子齿或相邻定子齿上的方式，使得转矩绕组和悬浮绕组之间产生的磁通之间会相互影响，导致电机的控制精度、转动稳定性和悬浮稳定性降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种噪音小、转矩稳定性好的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，包括外转子、绝磁轴以及依次设置在所述绝磁轴上的第一转矩定子、第一悬浮定子、第二悬浮定子和第二转矩定子，所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子的外缘上均设置有数量相同的呈轴向对称布置的悬浮齿，所述悬浮齿上均设置有悬浮绕组，所述第一转矩定子和所述第二转矩定子的外缘上均设置有呈轴向对称布置的转矩齿，所述转矩齿上均设置有转矩绕组，所述第一悬浮定子与所述第二悬浮定子之间设置有永磁套，所述永磁套的两端分别与所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子相连接，所述第一转矩定子和所述第二转矩定子分别与所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子之间设置有第一隔磁环，所述外转子包括可导磁的转子本体以及依次设置在所述转子本体内壁上的第一转子齿、第二转子齿、第三转子齿和第四转子齿，所述第二转子齿和所述第三转子齿分别与所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子上的所述悬浮齿相对设置，所述第一转子齿和所述第四转子齿分别与所述第一转矩定子和所述第二转矩定子上的所述转矩齿相对设置。

优选的，所述第一转子齿的齿宽等于所述第四转子齿的齿宽，所述第二转子齿的齿宽等于所述第三转子齿的齿宽，所述第一转矩定子和所述第二转矩定子上所述转矩齿的齿宽相同，所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子上所述悬浮齿的齿宽相同。

优选的，所述第一转子齿和所述第四转子齿的齿宽小于所述第二转子齿和所述第三转子齿的齿宽。

优选的，所述转矩齿的齿宽小于所述悬浮齿的齿宽。

优选的，所述转矩齿的齿数大于所述悬浮齿的齿数。

优选的，所述悬浮齿的齿数为6个，所述转矩齿的齿数为9个。

优选的，所述第一转子齿与所述第二转子齿之间设置有第二隔磁环，所述第三转子齿与所述第四转子齿设置有所述第二隔磁环，所述第一转子齿和所述第四转子齿与所述转子本体之间设置有第三隔磁环。

优选的，所述第一隔磁环、所述第二隔磁环和所述第三隔磁环的材质均为铝。

优选的，所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子上均设置有位移传感器，所述位移传感器与控制器电联接，所述控制器还与所述悬浮绕组电联接。

优选的，所述永磁套采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。

本实用新型相对于现有技术取得了以下有益效果：

1、本实用新型提供的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机中采用将悬浮齿和转矩齿分别设置在不同定子上，且悬浮齿内置的方式，不仅使得悬浮绕组和转矩绕组能够分别控制、分别工作、互不影响，提高了电机的控制精度，还使得悬浮绕组两侧均设置有转矩绕组，提高了转矩稳定性。

2、本实用新型提供的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机中采用设置第一隔磁环、第二隔磁环或第三隔磁环的方式，使得悬浮工作和转动工作得以彻底隔开，进一步保证了电机的控制精度、转矩稳定性和悬浮稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机的整体结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为本实用新型悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机去除转子本体后的整体结构示意图；

图4为图1中悬浮绕组处的剖视图；

图5为图1中转矩绕组处的剖视图；

其中，1-转子本体、2-第一转子齿、3-第二转子齿、4-第三转子齿、5-第四转子齿、6-第一转矩定子、7-第一悬浮定子、8-第二悬浮定子、9-第二转矩定子、10-悬浮齿、11-悬浮绕组、12-转矩齿、13-转矩绕组、14-永磁套、15-第一隔磁环、16-第二隔磁环、17-绝磁轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种噪音小、转矩稳定性好的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-5所示，本实用新型提供一种悬浮齿10内置式外转子无轴承开关磁阻电机，包括外转子、绝磁轴17以及依次设置在绝磁轴17上的第一转矩定子6、第一悬浮定子7、第二悬浮定子8和第二转矩定子9，第一悬浮定子7和第二悬浮定子8的外缘上均设置有数量相同的呈轴向对称布置的悬浮齿10，悬浮齿10上均设置有悬浮绕组11，第一转矩定子6和第二转矩定子9的外缘上均设置有呈轴向对称布置的转矩齿12，转矩齿12上均设置有转矩绕组13，第一悬浮定子7与第二悬浮定子8之间设置有永磁套14，永磁套14的两端分别与第一悬浮定子7和第二悬浮定子8相连接，第一转矩定子6和第二转矩定子9分别与第一悬浮定子7和第二悬浮定子8之间设置有第一隔磁环15，外转子包括可导磁的转子本体1以及依次设置在转子本体1内壁上的第一转子齿2、第二转子齿3、第二转子齿4和第四转子齿5，第二转子齿3和第二转子齿4分别与第一悬浮定子7和第二悬浮定子8上的悬浮齿10相对设置，第一转子齿2和第四转子齿5分别与第一转矩定子6和第二转矩定子9上的转矩齿12相对设置。

其中，径向悬浮原理是：永磁套14产生偏置磁通，偏置磁通从永磁套14的N极，经过悬浮定子(即第一悬浮定子7或第二悬浮定子8，由于先经过哪一个由不同的磁极方向决定，所以并不具体描述经过哪一定子)的悬浮齿10、工作气隙、转子齿(即第二转子齿3或第二转子齿4，理由同上述悬浮定子)、转子本体1、转子齿(即第二转子齿3或第二转子齿4，理由同上述悬浮定子)、工作气隙、悬浮定子的悬浮齿10、永磁环套的S极，形成轴向闭合路径。

第一悬浮定子7和第二悬浮定子8的悬浮绕组11通电，分别产生第一悬浮控制磁通、第二悬浮控制磁通，第一悬浮控制磁通在一侧侧径向形成闭合路径，第二悬浮控制磁通在另一侧径向形成闭合路径，分别在两侧调节偏置磁通，在产生相应方向的径向悬浮力。

轴向悬浮原理是：当外转子中心轴线与内定子的中心轴线不重合时，偏置磁场将产生磁阻力，将外转子拉回平衡位置，实现共同外转子轴向和倾斜方向的被动控制。

旋转原理是：将转矩绕组13分为多相结构，对每相轮流通电，或者采用其他通电顺序，产生转矩绕组13磁场，转矩绕组13磁场在转矩齿12和转子齿之间形成闭合路径，产生磁阻力，产生转矩，实现转子旋转。

为了提高了磁通的稳定性，本实用新型中悬浮齿10、转矩齿12、第一转子齿2、第二转子齿3、第二转子齿4和第四转子齿5的端面均为圆弧面，进一步的，悬浮齿10与第二转子齿3或第二转子齿4相接触时，接触面完全贴合，转矩齿12与第一转子齿2或第四转子齿5相接触时，接触面完全贴合

为了保证悬浮稳定性，本实用新型中第一转子齿2的齿宽等于第四转子齿5的齿宽，第二转子齿3的齿宽等于第二转子齿4的齿宽，第一转矩定子6和第二转矩定子9上转矩齿12的齿宽相同，第一悬浮定子7和第二悬浮定子8上悬浮齿10的齿宽相同。

为了提高悬浮齿10外置时，转矩齿12的转动稳定性和转速，本实用新型中第一转子齿2和第四转子齿5的齿宽小于第二转子齿3和第二转子齿4的齿宽。

本实用新型中转矩齿12的齿宽小于悬浮齿10的齿宽。

本实用新型中转矩齿12的齿数大于悬浮齿10的齿数。

本实用新型中悬浮齿10的齿数为6个，转矩齿12的齿数为9个。

本实用新型中第一转子齿2与第二转子齿3之间设置有第二隔磁环16，第二转子齿4与第四转子齿5设置有第二隔磁环16，第一转子齿2和第四转子齿5与转子本体1之间设置有第三隔磁环。

本实用新型中第一隔磁环15、第二隔磁环16和第三隔磁环的材质均为铝。

本实用新型中第一悬浮定子7和第二悬浮定子8上均设置有位移传感器，位移传感器与控制器电联接，控制器还与悬浮绕组11电联接；即安装位移传感器，建立位移闭环系统，当转子偏移平衡位置时，通过位移负反馈，调节悬浮绕组11的电流值，产生使转子回到平衡位置的悬浮力，实现转子稳定悬浮。

本实用新型中永磁套14采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括外转子、绝磁轴以及依次设置在所述绝磁轴上的第一转矩定子、第一悬浮定子、第二悬浮定子和第二转矩定子，所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子的外缘上均设置有数量相同的呈轴向对称布置的悬浮齿，所述悬浮齿上均设置有悬浮绕组，所述第一转矩定子和所述第二转矩定子的外缘上均设置有呈轴向对称布置的转矩齿，所述转矩齿上均设置有转矩绕组，所述第一悬浮定子与所述第二悬浮定子之间设置有永磁套，所述永磁套的两端分别与所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子相连接，所述第一转矩定子和所述第二转矩定子分别与所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子之间设置有第一隔磁环，所述外转子包括可导磁的转子本体以及依次设置在所述转子本体内壁上的第一转子齿、第二转子齿、第三转子齿和第四转子齿，所述第二转子齿和所述第三转子齿分别与所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子上的所述悬浮齿相对设置，所述第一转子齿和所述第四转子齿分别与所述第一转矩定子和所述第二转矩定子上的所述转矩齿相对设置。

2.根据权利要求1所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子齿的齿宽等于所述第四转子齿的齿宽，所述第二转子齿的齿宽等于所述第三转子齿的齿宽，所述第一转矩定子和所述第二转矩定子上所述转矩齿的齿宽相同，所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子上所述悬浮齿的齿宽相同。

3.根据权利要求2所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子齿和所述第四转子齿的齿宽小于所述第二转子齿和所述第三转子齿的齿宽。

4.根据权利要求2或3所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述转矩齿的齿宽小于所述悬浮齿的齿宽。

5.根据权利要求4所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述转矩齿的齿数大于所述悬浮齿的齿数。

6.根据权利要求5所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述悬浮齿的齿数为6个，所述转矩齿的齿数为9个。

7.根据权利要求1所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述第一转子齿与所述第二转子齿之间设置有第二隔磁环，所述第三转子齿与所述第四转子齿设置有所述第二隔磁环，所述第一转子齿和所述第四转子齿与所述转子本体之间设置有第三隔磁环。

8.根据权利要求7所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述第一隔磁环、所述第二隔磁环和所述第三隔磁环的材质均为铝。

9.根据权利要求1所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述第一悬浮定子和所述第二悬浮定子上均设置有位移传感器，所述位移传感器与控制器电联接，所述控制器还与所述悬浮绕组电联接。

10.根据权利要求1所述的悬浮齿内置式外转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于，所述永磁套采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。