[發(fā)明專利]一種盤式無軸承異步電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810702195.2
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108809027B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;劉欣鳳;王業(yè)琴;倪偉;桑英軍;夏鑫;丁衛(wèi)紅
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號: H02K17/30
• 分類號: H02K17/30;H02K17/18;H02K1/17;H02K1/22;H02K3/28;H02K11/21
• 代理公司: 淮安市科文知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 32223
• 代理人: 李杰

本發(fā)明公開了一種盤式無軸承異步電機，包括定子和雙盤式轉(zhuǎn)子，所述定子包括依次相連的軸向定子鐵心、永磁環(huán)、徑向定子鐵心；所述軸向定子鐵心的兩側(cè)以及徑向定子鐵心的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有軸向定子鐵心槽、徑向定子鐵心槽，所述軸向定子鐵心槽中設(shè)置有軸向懸浮繞組和軸向轉(zhuǎn)矩繞組，所述徑向定子鐵心槽設(shè)置有徑向轉(zhuǎn)矩繞組和徑向懸浮繞組；所述雙盤式轉(zhuǎn)子由貫穿定子的軸向轉(zhuǎn)子鐵心，以及分別同軸連接于軸向轉(zhuǎn)子鐵心兩端的盤式轉(zhuǎn)子、連接于軸向轉(zhuǎn)子鐵心中部的徑向轉(zhuǎn)子鐵心組成，所述軸向轉(zhuǎn)子鐵心同軸連接有延伸出盤式轉(zhuǎn)子外端的轉(zhuǎn)軸，所述盤式轉(zhuǎn)子的內(nèi)端設(shè)置有軸向轉(zhuǎn)子槽，所述軸向轉(zhuǎn)子槽中設(shè)有軸向轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，所述徑向轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)有徑向轉(zhuǎn)子導(dǎo)條。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子三自由度穩(wěn)定懸浮，且在軸向和徑向都產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的盤式無軸承異步電機。

背景技術(shù)

無軸承異步電機具有無摩擦、磨損、無需潤滑和密封，易于實現(xiàn)更高轉(zhuǎn)速和更大功率運行，在航空航天、渦輪分子泵、飛輪儲能、密封泵、高速電主軸等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，無軸承異步電機是通過在傳統(tǒng)異步電機的定子槽的轉(zhuǎn)矩繞組上疊加一套附加的懸浮繞組，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P_B、轉(zhuǎn)矩繞組磁場為P_M，兩者之間只有滿足P_B=P_M±1的關(guān)系時，在轉(zhuǎn)子上才能產(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)建位移閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，而轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理與普通異步電機相同。一方面，轉(zhuǎn)矩繞組磁場要與懸浮繞組磁場相互作用產(chǎn)生徑向懸浮力，另一方面，轉(zhuǎn)矩繞組磁場又要和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，因此，轉(zhuǎn)矩控制和位移控制之間存在強耦合，控制復(fù)雜，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，控制精度低。此外，除了轉(zhuǎn)矩繞組磁場在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)會感應(yīng)出與轉(zhuǎn)矩繞組磁場極對數(shù)相同的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場之外，懸浮繞組磁場也會在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)感應(yīng)出與懸浮繞組磁場極對數(shù)相同的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場對懸浮力的產(chǎn)生有削弱作用，還會增加轉(zhuǎn)矩控制和位移控制的復(fù)雜性，特別是帶負(fù)載運行時更為明顯，嚴(yán)重時將會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，懸浮失敗。有學(xué)者提出了轉(zhuǎn)子導(dǎo)條分相結(jié)構(gòu)的無軸承異步電機結(jié)構(gòu)，但是該電機的懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組之間極對數(shù)仍然需要滿足P_B=P_M±1的關(guān)系，轉(zhuǎn)矩繞組磁場既要與轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，又要與懸浮繞組磁場產(chǎn)生懸浮力，存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，兩者之間的解耦控制非常復(fù)雜，計算量大，限制其工業(yè)應(yīng)用的推廣。

要實現(xiàn)轉(zhuǎn)子五自由度穩(wěn)定懸浮，需要由一個軸向磁軸承+一個徑向兩自由度磁軸承+一個兩自由度無軸承異步電機、或一個軸向磁軸承+兩個兩自由度無軸承異步電機、或一個兩自由度無軸承異步電機+一個三自由度磁軸承組成五自由度懸浮驅(qū)動系統(tǒng)，在這三種結(jié)構(gòu)中都不可避免的需要一個軸向懸浮控制單元，造成五自由度無軸承異步電機系統(tǒng)軸向長度長，臨界轉(zhuǎn)速高，難以實現(xiàn)更大功率更高速度旋轉(zhuǎn)，且體積大，造價高。

因此，研究一種具備軸向與徑向懸浮功能于一體的無軸承異步電機對減小無軸承異步電機體積與造價，對促進無軸承異步電機工業(yè)應(yīng)用進程發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)新穎，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子三自由度穩(wěn)定懸浮，且在軸向和徑向都產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的盤式無軸承異步電機，為特種電氣傳動提供新的解決方案。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：