[發明專利]一種雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機

在審

• 申請號: 201810160485.9
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN108336877A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 袁野;孫玉坤;楊帆;黃永紅;朱志瑩;孟高軍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K16/04
• 分類號: H02K16/04;H02K1/14;H02K1/16;H02K1/17;H02K1/27;H02N15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機，由內定子、halbach永磁體、轉子、連個外定子和軸向永磁環組成。電機永磁體采用halbach結構來產生單向向內的磁場，因此轉子軛不需要提供磁路，采用高強度非導磁材料來隔離轉矩磁場與懸浮磁場。本發明解決了磁懸浮永磁無刷直流電機轉矩磁場和懸浮磁場之間的耦合問題，在電機本體上實現了轉矩和懸浮力的解耦控制，同時懸浮力不受轉子位置角影響的特性有利于磁懸浮永磁無刷直流電機轉子穩定懸浮。

技術領域

本發明涉及一種雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機，可作為高速、高效率電機，特別適用于飛輪電池領域。

背景技術

隨著我國經濟持續高速發展，如高速機床、離心機、壓縮機、飛輪電池等眾多領域需要高速/超高速電機的驅動，然而在機械軸承支承轉軸的高速/超高速電機中，由于電機高速旋轉使得摩擦阻力增加，軸承磨損嚴重，需定期維護，且因摩擦過程中，產生大量的熱量，電機工作效率低，所以高速、高效率電機越來越受到重視，然而可靠性、高損耗等問題制約著高速、高效率電機的發展。為此，提出一種雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機，具有功耗低、效率高、轉矩和懸浮力無耦合且控制簡單靈活的電機迫在眉睫。

發明內容

本發明提出一種雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機，由內定子、halbach永磁體、轉子、外定子和轉軸組成。電機永磁體采用halbach結構來產生單向向內的磁場，因此轉子軛不需要提供磁路，采用高強度非導磁材料來隔離轉矩磁場與懸浮磁場。

所述雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機的內定子采用12槽結構與halcach永磁體共同構成轉矩系統，為飛輪儲能的能量裝換裝置。內定子每個齒上疊繞轉矩線圈，均為直流電控制。Halbach永磁體產生向內的磁場，使轉子軛不再需要導磁。外定子分為三個部分，分別為外定子a1、外定子b2和軸向永磁環。兩個外定子均有四個齒，每個齒上繞有集中繞組，為懸浮繞組。轉子分為兩層。內層為隔磁材料，halbach永磁體粘貼在隔磁材料內層。外層為導磁材料，為外定子提供磁路。

本發明的技術方案為：一種雙定子磁懸浮永磁無刷直流電機，包括連為一個整體的外定子a(1)、外定子b(2)、軸向永磁環(3)、轉子(4)、永磁體(5)、內定子(6)；所述軸向永磁環(3)位于所述外定子a(1)、外定子b(2)之間，且外定子a(1)、外定子b(2)、軸向永磁環(3)置于電機外側，所述外定子a(1)、外定子b(2)的內側由外向內依次為轉子(4)、永磁體(5)、內定子(6)，共同實現了懸浮支承系統與驅動電機的統一；所述轉子(4)分為兩層，第一層為外層(401)，第二層為內層(402)；外層(401)和外定子a(1)、外定子b(2)、軸向永磁環(3)構成了懸浮系統；內層(402)和永磁體(5)、內定子(6)構成了轉矩系統。

進一步，軸向永磁環(3)采用軸向充磁，為懸浮系統提供偏置磁場。

進一步，永磁體(5)采用halbach結構，為轉矩系統提供磁場。

進一步，所述懸浮系統，包括一個外定子a(1)定子軛a(101)，四個定子齒a(102)，四個懸浮線圈a(103)，一個外定子b(2)定子軛b(201)，四個定子齒b(202)，四個懸浮線圈b(203)，一個軸向永磁環(3)，轉子(4)外層(401)；

其中定子軛a(101)與四個等間隔放置的定子齒a(102)相連，每個定子齒a(102)上疊繞一個懸浮繞組a(103)，定子軛b(201)與四個等間隔放置的定子齒b(202)相連，每個定子齒b(202)上疊繞一個懸浮繞組b(203)；外定子a(1)與外定子b(2)軸向排列，二者之間放置軸向永磁環(3)，外定子a(1)、外定子b(2)與轉子(4)外層(401)之間留有等間隙的徑向氣隙，上述結構實現兩個自由度懸浮。

進一步，懸浮繞組a(103)均由直流電控制，懸浮繞組b(203)也均由直流電控制。