[發明專利]一種電動車飛輪電池用五自由度軸向磁通無軸承電機

有效

• 申請號: 201610292874.8
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105827028B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 孫曉東;羅帥;陳龍;江浩斌;楊澤斌;陳建鋒;徐興
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/17;H02K1/22;H02K3/28;H02K7/09;H02N15/00
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技術領域

本發明涉及到飛輪電池、電機、磁懸浮技術、薄片電機等領域，具體是一種無軸承電機，主要適用于高速、空間緊湊的智能電動車飛輪電池。

背景技術

智能電動汽車與傳統汽車相比，智能化程度高、清潔且使用的能源為可再生的電能，電動汽車采用飛輪電池能夠有效克服使用化學電池壽命短、對環境有污染等缺點，飛輪電池在工作過程中轉速可以達到數萬甚至數十萬轉。

無軸承電機是一種結合磁軸承與電機功能于一體的一種新型電機，在結構上與傳統電機相比內部除了有一套用來產生轉矩的繞組外，還有一套用來產生懸浮力的繞組，通過調節兩套繞組的電流大小以及相位可以實現電機轉子旋轉的同時能夠產生懸浮力，它在正常工作時不需要徑向軸承支撐，也就無機械磨損以及由此引起的發熱等問題。因此，無軸承電機非常適合飛輪電池、航空航天等需要高速甚至超高速運行的領域。

目前用在電動車飛輪電池上的無軸承電機，主要由定子、轉子以及極對數相差一的轉矩繞組與懸浮力繞組構成，通過控制兩套繞組內的電流產生兩組不同的磁場，從而同時實現轉子的自懸浮與旋轉。但是這種無軸承電機存在幾點不足之處：一般無軸承電機只能產生徑向力，只能限制水平與垂直方向上的兩個自由度，因此必須在飛輪電池內增加一套軸向支撐系統，這勢必會增加飛輪電池的軸向長度且降低整個系統的效率。這種無軸承電機中的兩套繞組必須滿足極對數相差一的要求，這給無軸承電機設計帶來了很大的約束。這種無軸承電機中的兩套繞組的電流相位之間的關系對懸浮力有很大的影響，因此導致電機的控制系統較為復雜。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有電動車飛輪電池用無軸承電機的不足，提出了一種能夠同時產生可調徑向力和軸向力、設計靈活、控制簡單的五自由度軸向磁通無軸承電機。

本發明一種電動車飛輪電池用五自由度軸向磁通無軸承電機采用的技術方案是：包括定子和轉子，轉子同軸位于定子內部，定子沿軸向上設有三排齒，轉子沿軸向上也設有三排齒，定子的每排齒沿電機旋轉的圓周方向上均勻分布有8個定子齒，轉子的每排齒沿電機旋轉的圓周方向上均勻分布有6個轉子齒；轉子的三排齒與定子的三排齒在軸向上一一對應，轉子的三排齒軸向厚度與定子的三排齒軸向厚度分別對應地相等，轉子齒的齒寬和定子齒的極靴寬度相等；定子的第一排齒和第三排齒的定子齒上均繞有調節繞組，在靠近定子的第二排齒的齒根位置嵌有徑向充磁的永磁體，永磁體的N極靠近轉子，在第二排齒的定子齒上繞有轉矩繞組。

進一步地，定子的第一排齒和第三排齒上的調節繞組分別由4組線圈組成，4組線圈兩兩對稱布置，每兩組線圈之間間隔一個定子齒；轉矩繞組為四相兩極繞組。

本發明的有益效果是：

1、本發明電機兩端的調節繞組內的電流可以單獨調節，調節繞組產生的磁場和永磁體與轉矩繞組產生的磁場相疊加產生不對稱的氣隙磁場，從而產生沿徑向和軸向的懸浮力，能夠同時產生可調的徑向力和軸向力，調節兩端調節繞組內的電流可以控制電機轉軸的擺動與軸向移動，可以限制除電機沿軸線旋轉以外的其他五個自由度，不需要額外的軸向支撐系統，因此結構簡單緊湊、軸向長度小、體積小，效率高，大大簡化了飛輪電池的內部結構。

2、調節繞組線圈內的電流可以獨立控制，因此調節繞組與轉矩繞組之間不必受限于傳統無軸承電機兩套繞組極對數相差一條件，也無需滿足兩套繞組內電流相位角的關系，因此具有控制簡單、調節響應速度高，響應迅速的優點。

附圖說明

圖1是本發明一種電動車飛輪電池用五自由度軸向磁通無軸承電機的主視圖。

圖2是本發明一種智能電動車飛輪電池用五自由度軸向磁通無軸承電機的左視圖。

圖3是圖1中定子的左端第一排齒上的調節繞組分布圖；

圖4是圖1中定子的右端第三排齒上的調節繞組分布圖；

圖5是圖1中定子的中間第三排齒上的轉矩繞組分布圖；

圖6是本發明工作原理示意圖；

圖中標號及名稱為：1、定子；2、調節繞組；3、轉子；4、永磁體；5、轉矩繞組；6、轉矩繞組與永磁體產生的磁場；7、調節繞組產生的磁場。

具體實施方式