CN217642894U - 一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电工、电机领域，涉及一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机。包括定子、转矩绕组、永磁体、转子和悬浮力绕组；所述定子和转子自外向内设置且均为凸极结构，以同心同轴的方式嵌套在一起；定子由若干个U形铁心单元和若干个永磁体交替拼接而成；所述定子的槽内嵌有一套转矩绕组和一套悬浮力绕组；转子面向定子的一侧设有凸极转子齿。本电机利用给悬浮力绕组电流通直流电实现了磁通切换永磁电机的无轴承运行，对转矩系统和悬浮系统分开单独控制，避免了传统两自由度无轴承电机中的磁场复杂解耦控制。

Description

一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机

技术领域

本实用新型属于电工、电机领域，涉及一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机。

背景技术

无轴承电机利用磁轴承和电机结构的相似性，将磁轴承的悬浮力绕组嵌放在电机的定子槽中，使得电机转子同时具有旋转和自悬浮支撑能力，因此，无轴承电机具有磁轴承无接触、无磨损等优点，同时由于其轴向长度较短，可以实现更大功率和更高转速运行，极具重要的工业应用价值。无轴承电机的研究类型主要有三种，分别是无轴承感应电机、无轴承永磁电机和无轴承磁阻电机。相比而言，无轴承永磁电机具有结构简单、运行可靠、效率高、功率密度高、体积小、重量轻、控制性能好等优点，成为当今无轴承电机研究领域里的热点之一。

目前研究的无轴承永磁电机中的永磁体大部分放置在转子上，这使得永磁体很容易受到振动和高温影响，导致其性能下降甚至退磁。同时由于永磁体机械强度的限制，转子难以胜任超高速运转。随着以钕铁硼为代表的新型稀土永磁材料的出现和功率电子学、计算机、控制理论的发展，从上世纪90年代开始陆续出现了三种新型结构的定子永磁型电机：双凸极永磁电机、磁通反向永磁电机和磁通切换永磁电机。磁通切换永磁电机具有功率密度高、效率高、转矩输出能力大和容错能力强等优点，永磁体和集中式电枢绕组均置于定子侧，易于冷却和散热，转子仅仅是设有凸极的铁心，结构简单、机械强度高、适合高速运行。因此对无轴承磁通切换永磁电机的理论研究具有重要的学术意义和广阔的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述背景，提供一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，利用给悬浮力绕组电流通直流电实现了磁通切换永磁电机的无轴承运行，对转矩系统和悬浮系统分开单独控制，避免了传统两自由度无轴承电机中的磁场复杂解耦控制。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，包括定子、转矩绕组、永磁体、转子和悬浮力绕组；所述定子和转子自外向内设置且均为凸极结构，以同心同轴的方式嵌套在一起；

所述定子由若干个U形铁心单元和若干个永磁体交替拼接而成，永磁体沿切向充磁，且相邻两块永磁体的充磁方向相反；所述定子的槽内嵌有一套转矩绕组和一套悬浮力绕组；

所述转矩绕组采用集中绕组的形式，由12个转矩绕组线圈组成，共分为三相，每相转矩绕组含有4个线圈；每个转矩绕组线圈横跨在相邻两个U形铁心单元上；

所述悬浮力绕组采用集中绕组的形式，由悬浮力绕组线圈组成，每个悬浮力绕组线圈横跨在一个定子齿上，通过单独控制每个悬浮力绕组线圈的导通情况和电流值得到所需悬浮力；

转子面向定子的一侧设有凸极转子齿。

所述U形铁心单元设有12个，永磁体设有12个。

所述悬浮力绕组线圈设有12个。

所述凸极转子齿设有10个。

所述转矩绕组和悬浮力绕组的磁通路径相互独立。

所述永磁体材料为钕铁硼。

本实用新型的有益效果：

1.电机的悬浮力电流采用直流电励磁方式，不仅具有磁通切换永磁电机转矩密度高、效率高的优势，且解决了无轴承电机转矩绕组和悬浮力绕组之间的耦合问题，在电机本体上实现了转矩和悬浮力的解耦控制，使得控制系统简单，成本较低。

2.永磁体置于定子上，避免了电机高速运行时永磁体受到离心力的影响被甩落以及散 热困难引发永磁体性能下降甚至退磁等问题。

3.转子上既无永磁体又无绕组，转子结构简单、机械强度高，有利于无轴承电机高速 运行。

4.转矩绕组和悬浮力绕组采用端部较小的集中绕组，减少了用铜量及电机铜耗，损耗低，提高了运行效率。

5.电机的悬浮力绕组采用两相绕制方式，分别控制X和Y方向的径向悬浮力，有利于电机实现解耦控制。

6.径向悬浮力的大小和方向可通过在悬浮力绕组中通入的悬浮力绕组电流大小决定，呈线性关系。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型的直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机结构示意图。

图中：1、定子，2、转矩绕组，3、永磁体，4、转子，5、悬浮力绕组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作出详细说明，具体实施例只是本实用新型的一个示例。

参照附图1，本实用新型一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机结构包括定子1、转矩绕组2、永磁体3、转子4和悬浮力绕组5，定子1和转子 4均为凸极结构，且以同心同轴的方式嵌套在一起。定子1由12个U形铁心单元和12个永磁体3交替拼接而成，永磁体3沿切向充磁，且相邻两块永磁体3的充磁方向相反。定子1的槽内嵌有一套转矩绕组2，采用集中绕组的形式，由12个转矩绕组线圈组成，共分为三相，每相绕组含有4个线圈。例如A相由A1、A2、A3、A4串联而成，B、 C相以此类推。转子4面向定子1的一侧设有10个凸极转子齿。定子1的槽内嵌有一套悬浮力绕组5，采用集中绕组的形式，由12个转矩绕组线圈组成，共分为两相，每相绕组含6个线圈。

本实用新型直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机的电磁转矩产生原理与传统磁通切换永磁电机相同。在转子齿与同一相转矩绕组线圈下分属于相邻两个U形铁心单元的定子齿分别对齐过程中，转矩绕组2里匝链的永磁磁链极性和数值大小会发生改变，又由于其独有的转矩 绕组一致性和互补性，电机每相磁链和反电动势波形成双极性正弦分布，故通入与反电动势同相位的正弦波形电流，可以产生平稳的电磁转矩。

本实用新型直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机的悬浮力产生原理是通过控制每相悬浮力绕组线圈的导通情况和电流值得到所需任意方向上的悬浮力。定子1槽内设置12个悬浮力绕组线圈Px1、Px2、Px3、Px4、Px5、Px6、Py1、Py2、Py3、Py4、Py5、Py6，悬浮力绕组线圈Px1、Px2、Px3、Px4、Px5、Px6控制x轴正负方向上的悬浮力，悬浮力绕组线圈Py1、Py2、Py3、Py4、Py5、Py6控制y轴正负方向上的悬浮力，x方向和y方向的悬浮力可以合成任意方向的悬浮力。当转子4向x轴负方向发生偏心时，定子1和转子4之间的气隙大小不均匀，x轴正方向处气隙长度减小、x轴负方向处气隙长度增大，从而x轴正方向处的气隙磁密大于x轴负方向处的气隙磁密，此时转子4受到一个x轴负方向的麦克斯韦力，而且此力的大小随着转子4偏心量的增加而增大。此时给悬浮力绕组线圈Px1、Px2、Px3、Px4、Px5、Px6通入一定大小的电流，使得x轴负方向处的气隙磁密大于x轴正方向处的气隙磁密，产生一个x轴正方向的麦克斯韦力，将转子4拉回平衡位置。

本实用新型电机电机利用给悬浮力绕组电流通直流电实现了磁通切换永磁电机的无轴承运行，对转矩系统和悬浮系统分开单独控制，避免了传统两自由度无轴承电机中的磁场复杂解耦控制。

Claims (6)

1.一种直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，其特征在于：包括定子、转矩绕组、永磁体、转子和悬浮力绕组；所述定子和转子自外向内设置且均为凸极结构，以同心同轴的方式嵌套在一起；

所述定子由若干个U形铁心单元和若干个永磁体交替拼接而成，永磁体沿切向充磁，且相邻两块永磁体的充磁方向相反；所述定子的槽内嵌有一套转矩绕组和一套悬浮力绕组；

所述转矩绕组采用集中绕组的形式，由12个转矩绕组线圈组成，共分为三相，每相转矩绕组含有4个线圈；每个转矩绕组线圈横跨在相邻两个U形铁心单元上；

所述悬浮力绕组采用集中绕组的形式，由悬浮力绕组线圈组成，每个悬浮力绕组线圈横跨在一个定子齿上；

转子面向定子的一侧设有凸极转子齿。

2.根据权利要求1所述的直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，其特征在于：所述U形铁心单元设有12个，永磁体设有12个。

3.根据权利要求1所述的直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，其特征在于：所述悬浮力绕组线圈设有12个。

4.根据权利要求1所述的直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，其特征在于：所述凸极转子齿设有10个。

5.根据权利要求1所述的直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，其特征在于：所述转矩绕组和悬浮力绕组的磁通路径相互独立。

6.根据权利要求1所述的直流励磁型无轴承磁通切换永磁电机，其特征在于：所述永磁体材料为钕铁硼。

Images