一種雙定子無軸承磁通反向電機的製作方法

2023-12-01 00:46:41 1

本實用新型屬於電機控制領域，尤其涉及一種雙定子無軸承磁通反向電機。

背景技術：

磁通反向電機具有轉子結構簡單、功率密度高、電感小、慣性低，適於高速旋轉的場合等優點。但轉子在高速運行時會引起機械軸承磨損，縮短電機的使用壽命，影響了電機的進一步發展。

無軸承電機是集旋轉驅動和磁軸承功能於一體的新型電機，它不僅克服了磁軸承電機的諸多局限，還具有軸向利用率高、結構緊湊、可大幅度提高臨界轉速、同等軸長下可大幅度提高輸出功率等優點。

縱觀國內外發表的文獻，採用無軸承技術的電機類型主要有異步電機、磁阻電機和永磁同步電機（均指轉子永磁式，下同）。無軸承異步電機以其結構簡單、可靠性高、易於弱磁等特點成為研究最早的無軸承電機類型。但是，它突出的問題是其懸浮力控制和轉矩控制耦合，轉速容易被懸浮力控制幹擾。無軸承開關磁阻電機結構簡單，製造和維護方便，魯棒性好，適用於高溫等惡劣環境。但是，無軸承開關磁阻電機的功率密度和效率難以進一步提高。相比之下，無軸承永磁同步電機以其結構簡單、運行可靠、體積小、重量輕、效率高和功率密度大等優勢，在飛輪儲能、各種高速工具機主軸電機和密封泵類、離心機、壓縮機、高速微型硬碟驅動裝置等領域更具備實用化優勢，被認為是最有應用前景的無軸承電機。然而，已經出現的採用傳統轉子永磁式結構的無軸承永磁同步電機具有一定的局限性：一方面，永磁體貼裝於轉子表面或內嵌於轉子破壞了轉子的整體性結構，而作為高速用電機，其轉子通常都處於高速甚至超高速運行狀態（數萬轉/分甚至數十萬轉/分），為防止電機高速運轉時磁鋼受到離心力的影響而甩落，在轉子上都裝有不鏽鋼或金屬纖維材料製作的固定裝置，導致其結構複雜，製造成本提高，等效氣隙長，永磁體利用率降低；另一方面，永磁體位於轉子，冷卻條件差，散熱困難，隨著溫度的上升，導致以釹鐵硼為主的永磁體性能下降，嚴重時甚至發生不可逆退磁，制約了電機性能的進一步提高，進而限制了無軸承轉子永磁式電機在某些場合的應用。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對現有電機存在的一些不足，本實用新型目的在於提供一種電樞繞組與懸浮繞組解耦，兩種繞組共同作用的雙定子無軸承磁通反向電機，本實用新型旨在簡化電機結構空間，改善電機機械軸承的磨損問題，並且克服了電機電磁轉矩和懸浮力之間的耦合，增大了電樞繞組、懸浮繞組控制的靈活性。

本實用新型為解決上述技術問題採用以下技術方案

一種雙定子無軸承磁通反向電機，該電機包括外定子、轉子和內定子，所述外定子、轉子和內定子依次同心嵌套；所述外定子包含6個定子槽，其中每個定子槽中均設有電樞繞組，且徑向相對的定子槽中的電樞繞組串聯為一相，每個定子槽的底部貼有一對用來產生勵磁磁場的永磁體，且同一定子槽的底部的一對永磁體極性相反；所述轉子包含8個等間距分布轉子齒，內定子上等間隔地設置有2個X軸方向的懸浮極和2個Y軸方向的懸浮極，懸浮極上設有實現轉子懸浮的懸浮繞組。

作為本實用新型一種雙定子無軸承磁通反向電機的進一步優選方案，所述外定子、轉子和內定子均為凸極結構。

作為本實用新型一種雙定子無軸承磁通反向電機的進一步優選方案，所述轉子的極距為45°。

作為本實用新型一種雙定子無軸承磁通反向電機的進一步優選方案，所述轉子由導磁材料構成。

作為本實用新型一種雙定子無軸承磁通反向電機的進一步優選方案，所述永磁體採用釹鐵硼永磁材料製成。

本實用新型採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：

1、結構清晰，功能明確：外定子上的電樞繞組實現電機旋轉，定子齒上的永磁體提供勵磁磁場，內定子上的懸浮繞組實現轉子的懸浮功能，便於維護和控制；

2、電樞繞組和懸浮繞組磁路相互獨立，懸浮力由懸浮繞組獨自承擔，避免了兩者的磁路耦合，二者不存在彼此制約；

3、電機中的電樞和懸浮繞組都採用集中繞組，端部較短，損耗較低；4、懸浮繞組、電樞繞組和永磁體三者均置於定子鐵心，轉子結構簡單，易於散熱，運行可靠；

4、本實用新型將無軸承技術應用到磁通反向電機中，在保留磁通反向電機優良性能的基礎上，進一步消除了機械軸承帶來的問題，同時又解決了無軸承電機電樞繞組磁路和懸浮繞組磁路電磁耦合的難題。

附圖說明

圖1是本實用新型所提出的雙定子無軸承磁通反向電機結構示意圖。

圖中標號具體如下：1-外定子，2-轉子，3-內定子，4-永磁體，5-電樞繞組，6-懸浮繞組。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

如圖1所示一種雙定子無軸承磁通反向電機，包括一個外定子1、一個轉子2和一個內定子3組成三凸極結構，轉子2和內外兩個定子同心嵌套。

所述外定子1包含6個定子槽，所述每個定子槽中均設有電樞繞組5，每個定子槽的底部貼有一對用來產生勵磁磁場的永磁體4，且同一定子槽的底部的一對永磁體極性相反；所述轉子包含8個等間距分布轉子齒，轉子極距為45°，轉子上既無繞組又無永磁體，由導磁材料構成內定子上等間隔地設置有4個懸浮極，分為X軸和Y軸方向，即內定子上等間隔地設置有2個X軸方向的懸浮極和2個Y軸方向的懸浮極，懸浮極上設有實現轉子懸浮的懸浮繞組。外定子上的電樞繞組和內定子上懸浮繞組的磁通路徑互不幹擾，克服了轉矩與懸浮部分之間的耦合問題。電樞繞組5位於外定子，懸浮繞組6位於內定子，通過兩套繞組電樞繞組5和懸浮繞組6與永磁體磁場的相互作用使電機同時具有旋轉和懸浮能力，電樞繞組的磁通路徑和懸浮繞組的磁通路徑獨立。電樞繞組相數為3，定子極數為6，則徑向相對的定子齒上的電樞繞組串聯為一相。當懸浮極數為4時，所述懸浮繞組之間相互獨立，單獨控制每個懸浮繞組的電流大小即可獲得所需徑向懸浮力。

其中，外定子1上有6個齒纏繞著電樞繞組5，第一電樞繞組51和第四電樞繞組54串聯組成A相，第二電樞繞組52和第五電樞繞組55串聯組成B相，第三電樞繞組53和第六電樞繞組56串聯組成C相。外定子齒表面貼裝用來產生勵磁磁場的永磁體4，永磁體選用鐵氧體或者釹鐵硼永磁材料製成，且同一定子齒下永磁體極性相反。轉子2為凸極結構，上面既無繞組又無永磁體，結構簡單。 內定子3上等間隔地設置4個懸浮齒，上面纏繞著懸浮繞組6，各懸浮繞組之間不串接。給第一懸浮繞組61和第三懸浮繞組63通入電流，可以控制X軸方向的懸浮力，給第二懸浮繞組62和第四懸浮繞組64圈通入電流可以控制Y軸方向的懸浮力。

綜上所述，本實用新型結構清晰，功能明確：外定子上的電樞繞組實現電機旋轉，定子齒上的永磁體提供勵磁磁場，內定子上的懸浮繞組實現轉子的懸浮功能，便於維護和控制；電樞繞組和懸浮繞組磁路相互獨立，懸浮力由懸浮繞組獨自承擔，避免了兩者的磁路耦合，二者不存在彼此制約；電機中的電樞和懸浮繞組都採用集中繞組，端部較短，損耗較低；4、懸浮繞組、電樞繞組和永磁體三者均置於定子鐵心，轉子結構簡單，易於散熱，運行可靠；本實用新型將無軸承技術應用到磁通反向電機中，在保留磁通反向電機優良性能的基礎上，進一步消除了機械軸承帶來的問題，同時又解決了無軸承電機電樞繞組磁路和懸浮繞組磁路電磁耦合的難題。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護範圍並不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本實用新型所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護範圍內。