[發明專利]一種盤式無軸承異步電機

有效

• 申請號: 201810702195.2
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108809027B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 張濤;劉欣鳳;王業琴;倪偉;桑英軍;夏鑫;丁衛紅
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 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: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 李杰

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

技術領域

本發明涉及電機制造技術領域，具體涉及一種能夠實現轉子三自由度穩定懸浮，且在軸向和徑向都產生旋轉轉矩的盤式無軸承異步電機。

背景技術

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

目前，無軸承異步電機是通過在傳統異步電機的定子槽的轉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P_B、轉矩繞組磁場為P_M，兩者之間只有滿足P_B=P_M±1的關系時，在轉子上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，構建位移閉環控制系統，實現轉子穩定懸浮，而轉矩的產生原理與普通異步電機相同。一方面，轉矩繞組磁場要與懸浮繞組磁場相互作用產生徑向懸浮力，另一方面，轉矩繞組磁場又要和轉子旋轉磁場相互作用產生轉矩，因此，轉矩控制和位移控制之間存在強耦合，控制復雜，難以建立精確的數學模型，控制精度低。此外，除了轉矩繞組磁場在轉子導條內會感應出與轉矩繞組磁場極對數相同的轉子旋轉磁場之外，懸浮繞組磁場也會在轉子導條內感應出與懸浮繞組磁場極對數相同的轉子旋轉磁場，該旋轉磁場對懸浮力的產生有削弱作用，還會增加轉矩控制和位移控制的復雜性，特別是帶負載運行時更為明顯，嚴重時將會造成系統不穩定，懸浮失敗。有學者提出了轉子導條分相結構的無軸承異步電機結構，但是該電機的懸浮繞組和轉矩繞組之間極對數仍然需要滿足P_B=P_M±1的關系，轉矩繞組磁場既要與轉子磁場產生轉矩，又要與懸浮繞組磁場產生懸浮力，存在復雜的耦合關系，兩者之間的解耦控制非常復雜，計算量大，限制其工業應用的推廣。

要實現轉子五自由度穩定懸浮，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動系統，在這三種結構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軸向長度長，臨界轉速高，難以實現更大功率更高速度旋轉，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應用進程發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構新穎，能夠實現轉子三自由度穩定懸浮，且在軸向和徑向都產生旋轉轉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。

本發明通過以下技術方案實現：