兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)，包括電機(jī)殼體，電機(jī)殼體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子、定子，所述定子包括定子鐵心，定子鐵心兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有左磁極鐵心、右磁極鐵心，定子鐵心的定子槽內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)矩繞組、懸浮繞組，定子鐵心沿軸向兩側(cè)設(shè)置有軸向磁化的環(huán)形定子永磁體A、環(huán)形定子永磁體B；轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心沿軸向設(shè)置有徑向磁化的環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體以及轉(zhuǎn)軸。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的永磁型無軸承電機(jī)的不足，提供一種控制簡單，懸浮控制、轉(zhuǎn)矩控制相互獨(dú)立，并可產(chǎn)生更大徑向懸浮力的定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)。
【專利說明】兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種控制簡單、可產(chǎn)生更大徑向懸浮力的兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]無軸承電機(jī)具有無摩擦無磨損、無需潤滑，易于實(shí)現(xiàn)更高轉(zhuǎn)速和更大功率運(yùn)行，特別是其中的永磁型無軸承電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠性高、體積小、重量輕、效率高和功率密度大等優(yōu)勢(shì)，在飛輪儲(chǔ)能、高速機(jī)床主軸電機(jī)和密封泵、離心機(jī)、壓縮機(jī)、高速微型硬盤驅(qū)動(dòng)裝置等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，現(xiàn)有的永磁型無軸承電機(jī)是通過在傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的定子槽的轉(zhuǎn)矩繞組上疊加附加的懸浮力繞組，兩套繞組分別由頻率相同的三相交流電源供電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的懸浮繞組磁場和轉(zhuǎn)矩繞組磁場，且懸浮繞組磁場極對(duì)數(shù)為PB、轉(zhuǎn)矩繞組磁場為PM，兩者之間只有滿足PB=PM土 I的關(guān)系時(shí)，懸浮繞組磁場、轉(zhuǎn)矩繞組磁場和轉(zhuǎn)子永磁體磁場三者相互作用才能產(chǎn)生穩(wěn)定可控的徑向懸浮力。由徑向位移傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子徑向位移，構(gòu)建懸浮閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。由于轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)矩繞組磁場和永磁體磁場相互作用產(chǎn)生，而徑向懸浮力主要是由懸浮繞組磁場和永磁體磁場相互作用產(chǎn)生，同時(shí)，轉(zhuǎn)矩繞組磁場對(duì)懸浮力產(chǎn)生也有著一定影響。在選擇永磁體厚度時(shí)，需綜合考慮徑向懸浮力的大小和轉(zhuǎn)矩大小之間相互制約關(guān)系，因此，限制了徑向懸浮力的產(chǎn)生；同時(shí)，懸浮繞組磁場和轉(zhuǎn)矩繞組磁場之間存在強(qiáng)耦合，需采用復(fù)雜的解耦控制策略對(duì)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制，且懸浮力與轉(zhuǎn)子位置角密切相關(guān)，故現(xiàn)有的永磁型無軸承電機(jī)具有產(chǎn)生的徑向懸浮力較小，控制復(fù)雜且精度較低的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的永磁型無軸承電機(jī)的不足，提供一種控制簡單，懸浮控制、轉(zhuǎn)矩控制相互獨(dú)立，并可產(chǎn)生更大徑向懸浮力的定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)，包括電機(jī)殼體，電機(jī)殼體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子、定子，其特征在于:所述定子包括定子鐵心(5)，定子鐵心(5)兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有左磁極鐵心
(I)、右磁極鐵心(2)，定子鐵心(5)的定子槽內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)矩繞組(6)、懸浮繞組(7)，定子鐵心
(5)沿軸向兩側(cè)設(shè)置有軸向磁化的環(huán)形定子永磁體A(3)、環(huán)形定子永磁體B (4)；
所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心(9)，轉(zhuǎn)子鐵心(9)沿軸向設(shè)置有徑向磁化的環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體(8)以及轉(zhuǎn)軸(10)。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)方案是:
所述環(huán)形定子永磁體A (3)、環(huán)形定子永磁體B (4)為電機(jī)提供靜態(tài)偏置磁通(11)，懸浮繞組(7)為直流電源供電，為電機(jī)提供懸浮控制磁通(12)，轉(zhuǎn)子由靜態(tài)偏置磁通(11)、懸浮控制磁通(12)相互作用產(chǎn)生徑向懸浮力。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)方案是:
所述環(huán)形定子永磁體A (3)、環(huán)形定子永磁體B (4)以及環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體(8)為稀土永磁材料制成。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)方案是:
所述左磁極鐵心(I )、右磁極鐵心(2)、定子鐵心(5)以及轉(zhuǎn)子鐵心(9)均由導(dǎo)磁材料制成。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明由兩個(gè)軸向磁化的環(huán)形定子永磁體提供靜態(tài)偏置磁通，懸浮繞組通過由直流電源供電，產(chǎn)生懸浮控制磁通，兩者相互疊加作用，保證了定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙均勻，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，懸浮控制、轉(zhuǎn)矩控制相互獨(dú)立，不但可產(chǎn)生較大的徑向懸浮力，而且控制簡單和易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在一個(gè)五自由度懸浮支撐系統(tǒng)中應(yīng)成對(duì)對(duì)稱使用，可廣泛應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能、各種高速機(jī)床主軸電機(jī)和密封泵類、離心機(jī)、壓縮機(jī)、高速小型硬盤驅(qū)動(dòng)裝置等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明繞組排列與徑向磁路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1、2所不,本發(fā)明包括電機(jī)殼體，電機(jī)殼體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子、定子,所述定子包括定子鐵心5，定子鐵心5兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有左磁極鐵心1、右磁極鐵心2，定子鐵心5的定子槽內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)矩繞組6、懸浮繞組7，轉(zhuǎn)矩繞組6位于定子槽外層，懸浮繞組7位于定子槽內(nèi)層，定子鐵心5沿軸向兩側(cè)設(shè)置有軸向磁化的環(huán)形定子永磁體A3、環(huán)形定子永磁體B4;轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心9，轉(zhuǎn)子鐵心9沿軸向設(shè)置有徑向磁化的環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體8以及轉(zhuǎn)軸10 ;環(huán)形定子永磁體A3、環(huán)形定子永磁體B4為電機(jī)提供靜態(tài)偏置磁通11，靜態(tài)偏置磁通11磁路為:磁通從環(huán)形定子永磁體A3或環(huán)形定子永磁體B4N極出發(fā),通過左磁極鐵心I或右磁極鐵心2、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵心(9)、環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體8、氣隙、定子鐵心5回到環(huán)形定子永磁體A3或環(huán)形定子永磁體B4S極，懸浮繞組7為直流電源供電，為電機(jī)提供懸浮控制磁通12，懸浮繞組7產(chǎn)生懸浮控制磁通12的磁路為:電機(jī)上側(cè)定子鐵心5、電機(jī)上側(cè)氣隙、轉(zhuǎn)子、電機(jī)下側(cè)氣隙、電機(jī)下側(cè)定子鐵心5，再經(jīng)過電機(jī)定子軛，構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子由靜態(tài)偏置磁通11、懸浮控制磁通12相互作用產(chǎn)生徑向懸浮力；環(huán)形定子永磁體A3、環(huán)形定子永磁體B4以及環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體8采用磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體制成，轉(zhuǎn)矩繞組6和懸浮繞組7均采用導(dǎo)電良好的電磁線圈繞制后侵漆烘干而成；左磁極鐵心1、右磁極鐵心2、定子鐵心5以及轉(zhuǎn)子鐵心9均由導(dǎo)磁材料制成。
[0012]如圖2所示，定子槽外層為轉(zhuǎn)矩繞組6，排列與普通永磁同步電機(jī)相同；懸浮繞組7分為X方向控制繞組和I方向懸浮控制繞組，X方向控制繞組包括繞組1、2、3和繞組7、8、9，其中繞組1、7相串聯(lián)，2、8相串聯(lián)，3、9相串聯(lián)，然后再并聯(lián)組成χ方向控制繞組；y方向懸浮控制繞組包括繞組4、5、6和繞組10、11、12，其中繞組4、10相串聯(lián)，5、11相串聯(lián)，6、12相串聯(lián)，然后再并聯(lián)組成I方向控制繞組。[0013]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)，包括電機(jī)殼體，電機(jī)殼體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子、定子，其特征在于:所述定子包括定子鐵心(5)，定子鐵心(5)兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有左磁極鐵心(I)、右磁極鐵心(2)，定子鐵心(5)的定子槽內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)矩繞組(6)、懸浮繞組(7)，定子鐵心(5)沿軸向兩側(cè)設(shè)置有軸向磁化的環(huán)形定子永磁體A (3)、環(huán)形定子永磁體B (4)； 所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心(9)，轉(zhuǎn)子鐵心(9)沿軸向設(shè)置有徑向磁化的環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體(8)以及轉(zhuǎn)軸(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)，其特征在于:所述環(huán)形定子永磁體A (3)、環(huán)形定子永磁體B (4)為電機(jī)提供靜態(tài)偏置磁通(11)，懸浮繞組(7)為直流電源供電，為電機(jī)提供懸浮控制磁通(12)，轉(zhuǎn)子由靜態(tài)偏置磁通(11)、懸浮控制磁通(12)相互作用產(chǎn)生徑向懸浮力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)，其特征在于:所述環(huán)形定子永磁體A (3)、環(huán)形定子永磁體B (4)以及環(huán)形轉(zhuǎn)子永磁體(8)為稀土永磁材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機(jī)，其特征在于:所述左磁極鐵心(I)、右磁極鐵心(2)、定子鐵心(5)以及轉(zhuǎn)子鐵心(9)均由導(dǎo)磁材料制成。
【文檔編號(hào)】H02N15/00GK103683571SQ201310724689
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】張濤, 倪偉, 丁衛(wèi)紅, 鄔清海, 葉小婷, 張惠萍 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院