[實用新型]兩自由度定子永磁偏置永磁型無軸承電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320861561.1
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN203617799U
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;倪偉;丁衛(wèi)紅;鄔清海;葉小婷;張惠萍
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)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(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 謝觀素

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及電機設(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。

背景技術(shù)

無軸承電機具有無摩擦無磨損、無需潤滑，易于實現(xiàn)更高轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(yōu)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(qū)動裝置等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，現(xiàn)有的永磁型無軸承電機是通過在傳統(tǒng)永磁同步電機的定子槽的轉(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數(shù)為PB、轉(zhuǎn)矩繞組磁場為PM，兩者之間只有滿足PB=PM±1的關(guān)系時，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轉(zhuǎn)子徑向位移，構(gòu)建懸浮閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(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，轉(zhuǎn)矩繞組磁場對懸浮力產(chǎn)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(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，懸浮繞組磁場和轉(zhuǎn)矩繞組磁場之間存在強耦合，需采用復(fù)雜的解耦控制策略對旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)進行解耦控制，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。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是克服現(xiàn)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(zhuǎn)矩控制相互獨立，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結(jié)構(gòu)。

本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

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(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），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）。

本實用新型進一步技術(shù)改進方案是：

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。

本實用新型進一步技術(shù)改進方案是：

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。

本實用新型進一步技術(shù)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(zhuǎn)子鐵心（9）均由導(dǎo)磁材料制成。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點，本實用新型由兩個軸向磁化的環(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，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，懸浮控制、轉(zhuǎn)矩控制相互獨立，不但可產(chǎn)生較大的徑向懸浮力，而且控制簡單和易于實現(xiàn)的優(yōu)點，在一個五自由度懸浮支撐系統(tǒng)中應(yīng)成對對稱使用，可廣泛應(yīng)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(qū)動裝置等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本實用新型的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型繞組排列與徑向磁路示意圖。

具體實施方式