[發明專利]一種定子永磁式無軸承電機

無效

• 申請號: 201210158331.9
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN102684331A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 賈紅云;程明;花為
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H02K1/17
• 分類號: H02K1/17;H02K1/14;H02K3/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明是一種結構簡單、轉子堅固，具有高可靠性和高效率的定子永磁式無軸承電機，屬于電機制造的技術領域。

背景技術

高速驅動、密封傳動和航空航天等領域，對電機的無軸承運行技術有著迫切需求。由于機械軸承的諸多局限，普通電機無法滿足長期高速運轉的要求；氣浮和液浮軸承的控制設備較龐大，成本高；磁懸浮軸承具有無機械磨損、無需潤滑和密封系統，環境適應能力強等優點，但磁軸承電機系統整體結構較復雜、功率密度不高、臨界轉速和功率容量難以大幅度提高。

縱觀國內外發表的文獻，采用無軸承技術的電機類型主要有無軸承異步電機、無軸承開關磁阻電機和無軸承永磁同步電機（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、易于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干擾；無軸承開關磁阻電機結構簡單，制造和維護方便，魯棒性好，適用于高溫等惡劣環境，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、各種高速機床主軸電機和密封泵類、離心機、壓縮機、高速微型硬盤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，已經出現的采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，永磁體貼裝于轉子表面或內嵌于轉子破壞了轉子的整體性結構，而作為高速用電機，其轉子通常都處于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，在轉子上都裝有不銹鋼或金屬纖維材料制作的固定裝置，導致其結構復雜，制造成本提高，等效氣隙長，永磁體利用率降低；另一方面，永磁體位于轉子，冷卻條件差，散熱困難，隨著溫度的上升，導致以釹鐵硼（NdFeB）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。

綜上，無軸承開關磁阻電機和無軸承轉子永磁式電機，具有各自的弊端：前者雖然結構簡單、可靠性高，但在效率、功率因數等方面不如永磁電機；后者雖然提高了電機的效率和功率因數，但永磁體置于電機轉子，其散熱和機械牢固性問題不容忽視。因此，將無軸承開關磁阻電機的簡單結構和無軸承轉子永磁式電機的高效率相結合，集二者之優點，研究集高可靠性和高效率于一身的新型無軸承電機結構及其相關控制理論，不僅具有重要的學術意義，而且具有極其重要的工程應用價值。

發明內容

本發明的目的就是結合無軸承電機和定子永磁式電機的基本特性，提出了一種永磁體置于定子的定子永磁式無軸承電機。

本發明通過以下技術方案實現：

一種定子永磁式無軸承電機，包括定子和轉子，定子和轉子都為雙凸極結構，轉子位于定子的內部或外部，定子上均勻設置有三相電樞繞組、懸浮繞組和永磁體，三相電樞繞組和懸浮繞組均為集中繞組，繞于定子鐵心的凸極齒上。

永磁體位于定子軛部，永磁體是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。

三相集中電樞繞組的各線圈均橫跨在兩個定子齒上，其中，三相集中電樞繞組一共有12個集中電樞線圈，A1～A4四個線圈順序串聯后組成A相集中電樞繞組，B相和C相電樞繞組結構和A相繞組結構相同，只是在空間位置上分別與A相相差了-30°和+30°。

A相懸浮繞組是由X軸方向相對的兩個懸浮線圈與Y軸方向相對的兩個懸浮線圈串聯形成，B相和C相的懸浮繞組結構和A相懸浮繞組結構相同。

本發明的有益效果為：

基于定子永磁式無軸承電機具有結構簡單、轉子堅固、功率密度高、效率高等優點，可用于飛輪儲能、各種高速機床主軸電機和密封泵類、離心機、壓縮機、高速微型硬盤驅動裝置等領域。

1．在結構上保留了無軸承開關磁阻電機結構緊湊、簡單、容錯性能和魯棒性能好的優勢；

2．在性能上保留了無軸承永磁同步電機損耗小、功率密度大、效率高的優勢；

3．在定子永磁式電機上所增加的一套懸浮繞組安裝方便，容易實現；

4．電機中的電樞和懸浮兩套繞組都采用集中繞組，端部較短，損耗較低。

附圖說明

圖1為本發明定子永磁式無軸承電機結構示意圖。

其中：1，定子；2，永磁體；3，三相電樞繞組；4，X軸懸浮繞組；5，Y軸懸浮繞組；6，轉子。

具體實施方式