[發明專利]一種12/14無軸承永磁偏置開關磁阻電機

有效

• 申請號: 201310711241.2
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103715945A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 王惠軍;薛秉坤;鮑軍芳;劉劍峰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00;H02K16/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;李新華

技術領域

本發明涉及一種12/14無軸承開關磁阻電機，特別是一種永磁偏置無軸承開關磁阻電機，可作為高速、高精度的驅動電機。

背景技術

隨著國家工業的飛速發展，高速、高精度電機的發展越來越受到重視，然而可靠性、高損耗等問題又制約著高速、高精度電機的發展。所以研制出一種可靠性高、低損耗的電機便成為了工業技術上的一種迫切需求。而傳統的機械軸承電機具有摩擦損耗大，電機壽命短等缺點。現有的氣浮、液浮軸承雖然解決了摩擦帶來的種種問題，但是由于其結構復雜、效率較低、可靠性較差等缺點而使其應用范圍受到制約。

近些年來，由于開關磁阻電機具有結構簡單，可靠性高，控制靈活和高速適應性強等優點，故在高速場合具有獨特優勢。而無軸承開關磁阻電機更具有輸出功率大，成本低的優點，因此無軸承開關磁阻電機受到了極大地關注。目前的無軸承開關磁阻電機通常將轉矩繞組線圈和懸浮力繞組線圈固定在一個定子齒上，故在兩種繞組上存在強耦合，使得電機內部磁場不穩定，難以實現電機懸浮的穩定控制。而現有的轉矩繞組和懸浮繞組分開固定的無軸承開關磁阻電機，在其定子懸浮力鐵心上采用雙繞組結構，故使得電機具有銅耗較大，電機損耗較高的缺點。在專利201110246900.0中提出的永磁偏置無軸承開關磁阻電機中，雖然具有單繞組結構，但由于該電機中的偏置磁場為從永磁體N極出發，通過一端定子背軛、定子懸浮力鐵心、氣隙、轉子鐵心、軸到另一端的轉子鐵心、氣隙、定子鐵心、定子背軛回到永磁體S極，需要將永磁體放置于兩個定子背軛之間，因此該電機需要兩套定子背軛、定子轉矩鐵心，定子懸浮力鐵心，轉子鐵心，以構成兩段結構放置永磁體，雖然有效地提供了一種偏置磁場，但是卻大幅增加了軸向長度，增加了成本，使裝配更為復雜。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有無軸承開關磁阻電機技術的不足，提供一種永磁偏置磁場，實現轉子懸浮控制，便于實現高速運行的無軸承開關磁阻電機。

本發明的技術解決方案是：一種12/14無軸承永磁偏置開關磁阻電機，由一個定子背軛、四個永磁體、四個定子懸浮力鐵心、四個隔磁套、四個定子轉矩鐵心、一個轉子鐵心、一個軸、四個懸浮力繞組線圈、八個轉矩繞組線圈組成，定子背軛內側為永磁體和定子懸浮力鐵心，其中定子背軛與定子懸浮力鐵心相連，永磁體嵌入在定子背軛及定子懸浮力鐵心之間，其中永磁體為六面體結構，其中一個面為拱形面，與定子背軛相連，其他五個面為平面，有兩個側面與兩個定子懸浮力鐵心側面相連，永磁體在相鄰定子懸浮力鐵心之間，隔磁套的上方位置，其中定子懸浮力鐵心、永磁體與隔磁套之間留有主氣隙；隔磁套位于定子懸浮力鐵心及定子轉矩鐵心之間；定子懸浮力鐵心繞制有懸浮力繞組線圈，每個定子轉矩鐵心有兩個齒，每個齒上繞制有轉矩繞組線圈，定義定子極距N_s為定子懸浮力鐵心齒和定子轉矩鐵心齒的總數，其中定子轉矩鐵心齒向其相鄰定子轉矩鐵心齒的一側偏移0.45～0.55倍的步進角δ，q為電機相數；轉子極距N_r為轉子鐵心齒齒極數，定義這個角度為γ，即定子懸浮力鐵心齒與其相鄰的定子轉矩鐵心齒之間的圓弧的圓心角度數為(τ_s+γ)；兩個定子轉矩鐵心齒之間的圓弧的圓心角度數為(τ_s-γ)；定子懸浮力鐵心和定子轉矩鐵心的內部為轉子鐵心，轉子鐵心的內部為軸，定子懸浮力鐵心、定子轉矩鐵心和轉子鐵心之間存在有次氣隙。