[發(fā)明專利]一種五自由度定子永磁式無軸承異步電機(jī)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810702208.6
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108599499A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張濤;劉欣鳳;莫麗紅;倪偉;丁祖軍;武莎莎
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰工學(xué)院
• 主分類號: H02K17/16
• 分類號: H02K17/16;H02K7/09;H02K1/17;H02K3/04
• 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

本發(fā)明公開一種五自由度定子永磁式無軸承異步電機(jī)，包括位于電機(jī)殼體內(nèi)的定子和位于定子內(nèi)圈里的轉(zhuǎn)子，所述定子包括連為一體的左定子鐵心、右定子錐形磁軸承鐵心、軸向磁化的環(huán)形永磁體，所述環(huán)形永磁體連接在左定子鐵心和右定子錐形磁軸承鐵心之間，所述左定子鐵心、右定子錐形磁軸承鐵心上開設(shè)有定子槽，所述左定子鐵心和右定子錐形磁軸承鐵心的定子槽內(nèi)設(shè)有懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組?？刂坪唵魏鸵子趯?shí)現(xiàn)，并能夠產(chǎn)生更大的懸浮力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡單，懸浮控制、轉(zhuǎn)矩控制相互獨(dú)立的一種五自由度定子永磁式無軸承異步電機(jī)。

背景技術(shù)

無軸承電機(jī)具有無摩擦、磨損、無需潤滑，易于實(shí)現(xiàn)更高轉(zhuǎn)速和更大功率運(yùn)行，特別是其中的無軸承異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)與制造簡單、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高、造價低等優(yōu)勢，在高速機(jī)床主軸電機(jī)、密封泵、離心機(jī)、壓縮機(jī)、高速微型硬盤等系列高速直驅(qū)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，無軸承異步電機(jī)是通過在傳統(tǒng)異步電機(jī)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(shí)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(jī)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(qiáng)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(yùn)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)者提出了無軸承異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子籠型導(dǎo)條分相結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)子中僅感應(yīng)出與轉(zhuǎn)矩繞組磁場極對數(shù)相同的轉(zhuǎn)子磁場，而懸浮繞組磁場在轉(zhuǎn)子中不產(chǎn)生感應(yīng)磁場，能夠產(chǎn)生較大的徑向懸浮力，降低控制復(fù)雜性，但是該結(jié)構(gòu)的無軸承異步電機(jī)仍然需要滿足P_B=P_M±1的關(guān)系，且存在轉(zhuǎn)矩繞組磁場和懸浮繞組磁場之間的強(qiáng)耦合性，兩者之間的非線性動態(tài)解耦控制仍然非常復(fù)雜。此外，由無軸承異步電機(jī)來支撐轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，需要多個單元的兩自由度無軸承異步電機(jī)、兩自由度磁軸承、三自由度磁軸承、單自由度軸向磁軸承組成五自由度懸浮系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，體積龐大，臨界轉(zhuǎn)速低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的五自由度無軸承異步電機(jī)系統(tǒng)的不足，提供一種不受P_B=P_M±1條件限制，在轉(zhuǎn)子中僅感應(yīng)出與轉(zhuǎn)矩繞組磁場極對數(shù)相同的旋轉(zhuǎn)磁場，控制簡單，懸浮控制、轉(zhuǎn)矩控制相互獨(dú)立，能夠產(chǎn)生更大徑向懸浮力的一種五自由度定子永磁式無軸承異步電機(jī)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：