[發明專利]一種雙繞組模塊化無軸承磁通切換永磁電機

在審

• 申請號: 201310258633.8
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103683564A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 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: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/24;H02K3/20
• 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

本發明涉及到電機制造的技術領域，且特別是關于一種轉子堅固簡單，繞組結構互補模塊化的無軸承磁通切換永磁電機。

背景技術

無軸承電機是集旋轉驅動和磁軸承功能于一體的新型電機，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?？v觀國內外發表的文獻，采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。

針對普通轉子永磁型電機的缺點，近20年陸續出現了幾種新型的定子永磁型電機，即將永磁體置于定子，如雙凸極永磁（doubly?salient?permanent?magnet，DSPM）電機，磁通反向永磁（flux?reversal?permanent?magnet，FRPM）電機和磁通切換永磁（flux-switching?permanent?magnet，FSPM）電機，該類型電機的共同特點就是電樞繞組和永磁磁鋼都置于定子，而轉子上既無繞組又無永磁體，結構簡單、適合高速運行。相比較于DSPM和FRPM電機，FSPM電機擁有功率密度高、效率高、轉矩輸出能力大、帶載能力強、無需斜槽即可獲得高度正弦反電動勢等特點，因而被認為是最有可能代替轉子永磁型電機的一種結構。

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。

發明內容

發明目的

為了克服現有技術存在的不足，本發明目的是在于提供一種永磁體置于定子的磁通切換型無軸承電機，該電機綜合了無軸承電機和定子永磁式磁通切換電機的基本特性，使得電機具有較小的定位力矩、功率密度/效率高和容錯性能好等優點。

技術方案

為實現上述目的，本發明是通過如下技術方案來實現的：????

一種雙繞組模塊化無軸承磁通切換永磁電機，該電機包括轉子鐵心、定子鐵心、永磁體、4m個電樞線圈和4m個懸浮線圈，所述m為電機的相數；定子鐵心和轉子鐵心均為凸極結構，定子鐵心由4m個E形鐵心單元和4m個永磁體交替拼接而成，E形鐵心單元中間凸出的齒為定子容錯齒，所述永磁體設置于相鄰兩個E形鐵心之間，且相鄰永磁體充磁方向相反，永磁體的充磁方向為切向，所述相鄰兩個E形鐵心的相鄰凸出齒與E形鐵心中間夾著的永磁體構成定子永磁齒；電樞線圈和懸浮線圈套裝在定子永磁齒上，所述電機通過電樞線圈和懸浮線圈與永磁磁場的相互作用使電機同時具有旋轉和懸浮能力。

作為本發明的進一步創新，所述轉子為直槽或斜槽結構。

作為本發明的進一步創新，相鄰兩個永磁體采用交替充磁。

作為本發明的進一步創新，永磁體為釹鐵硼。

作為本發明的進一步創新，同相E型模塊中的電樞線圈相互串聯在一起。

作為本發明的進一步創新，同相E型模塊中的懸浮線圈相對立的兩個串聯在一起。

作為本發明的進一步創新，定子鐵心為導磁材料制成。