[發明專利]兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機

有效

• 申請號: 201310724689.8
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103683571B
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 張濤;倪偉;丁衛紅;鄔清海;葉小婷;張惠萍
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H02K1/16
• 分類號: H02K1/16;H02K1/17;H02K1/27;H02K21/12;H02N15/00
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

技術領域

本發明涉及電機設備技術領域，具體涉及一種控制簡單、可產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。

背景技術

無軸承電機具有無摩擦無磨損、無需潤滑，易于實現更高轉速和更大功率運行，特別是其中的永磁型無軸承電機具有結構簡單、運行可靠性高、體積小、重量輕、效率高和功率密度大等優勢，在飛輪儲能、高速機床主軸電機和密封泵、離心機、壓縮機、高速微型硬盤驅動裝置等領域具有廣闊的應用前景。

目前，現有的永磁型無軸承電機是通過在傳統永磁同步電機的定子槽的轉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生旋轉的懸浮繞組磁場和轉矩繞組磁場，且懸浮繞組磁場極對數為PB、轉矩繞組磁場為PM，兩者之間只有滿足PB=PM±1的關系時，懸浮繞組磁場、轉矩繞組磁場和轉子永磁體磁場三者相互作用才能產生穩定可控的徑向懸浮力。由徑向位移傳感器檢測轉子徑向位移，構建懸浮閉環控制系統，實現轉子穩定懸浮。由于轉矩是由轉矩繞組磁場和永磁體磁場相互作用產生，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生，同時，轉矩繞組磁場對懸浮力產生也有著一定影響。在選擇永磁體厚度時，需綜合考慮徑向懸浮力的大小和轉矩大小之間相互制約關系，因此，限制了徑向懸浮力的產生；同時，懸浮繞組磁場和轉矩繞組磁場之間存在強耦合，需采用復雜的解耦控制策略對旋轉系統和懸浮系統進行解耦控制，且懸浮力與轉子位置角密切相關，故現有的永磁型無軸承電機具有產生的徑向懸浮力較小，控制復雜且精度較低的缺點。

發明內容

本發明的目的是克服現有的永磁型無軸承電機的不足，提供一種控制簡單，懸浮控制、轉矩控制相互獨立，并可產生更大徑向懸浮力的定子永磁偏置永磁型無軸承電機結構。

本發明通過以下技術方案實現：

兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機，包括電機殼體，電機殼體內設置有轉子、定子，其特征在于：所述定子包括定子鐵心（5），定子鐵心（5）兩側對稱設置有左磁極鐵心（1）、右磁極鐵心（2），定子鐵心（5）的定子槽內設置轉矩繞組（6）、懸浮繞組（7），定子鐵心（5）沿軸向兩側設置有軸向磁化的環形定子永磁體A（3）、環形定子永磁體B（4）；

所述轉子包括轉子鐵心（9），轉子鐵心（9）沿軸向設置有徑向磁化的環形轉子永磁體（8）以及轉軸（10）。

本發明進一步技術改進方案是：

所述環形定子永磁體A（3）、環形定子永磁體B（4）為電機提供靜態偏置磁通（11），懸浮繞組（7）為直流電源供電，為電機提供懸浮控制磁通（12），轉子由靜態偏置磁通（11）、懸浮控制磁通（12）相互作用產生徑向懸浮力。

本發明進一步技術改進方案是：

所述環形定子永磁體A（3）、環形定子永磁體B（4）以及環形轉子永磁體（8）為稀土永磁材料制成。

本發明進一步技術改進方案是：

所述左磁極鐵心（1）、右磁極鐵心（2）、定子鐵心（5）以及轉子鐵心（9）均由導磁材料制成。

本發明與現有技術相比，具有以下明顯優點，本發明由兩個軸向磁化的環形定子永磁體提供靜態偏置磁通，懸浮繞組通過由直流電源供電，產生懸浮控制磁通，兩者相互疊加作用，保證了定子、轉子之間的氣隙均勻，實現轉子穩定懸浮，懸浮控制、轉矩控制相互獨立，不但可產生較大的徑向懸浮力，而且控制簡單和易于實現的優點，在一個五自由度懸浮支撐系統中應成對對稱使用，可廣泛應用于飛輪儲能、各種高速機床主軸電機和密封泵類、離心機、壓縮機、高速小型硬盤驅動裝置等領域。

附圖說明

圖1為本發明的軸向結構示意圖；

圖2為本發明繞組排列與徑向磁路示意圖。

具體實施方式