[發明專利]一種五自由度定子永磁偏置無軸承異步電機

在審

• 申請號: 201810702209.0
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108832787A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 張濤;劉欣鳳;莫麗紅;倪偉;丁祖軍;武莎莎
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H02K17/12
• 分類號: H02K17/12;H02K17/16
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

本發明公開一種五自由度定子永磁偏置無軸承異步電機，包括位于電機殼體內的定子和位于定子內圈里的轉子，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、軸向磁化的環形永磁體，所述環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，所述左定子鐵心上開設有定子槽，所述定子槽內設有懸浮繞組和轉矩繞組，所述右定子錐形磁軸承鐵心上設有磁軸承繞組。該結構的電機能夠在一個單元內實現轉子五自由度穩定懸浮與旋轉，且具有結構與控制簡單，能夠產生較大的懸浮力。

技術領域

本發明涉及電機制造技術領域，具體涉及結構緊湊、控制簡單，懸浮控制、轉矩控制相互獨立的一種五自由度定子永磁偏置無軸承異步電機。

背景技術

無軸承電機具有無摩擦、磨損、無需潤滑，易于實現更高轉速和更大功率運行，特別是其中的無軸承異步電機具有結構與制造簡單、轉子強度高、造價低等優勢，在高速機床主軸電機、密封泵、離心機、壓縮機、高速微型硬盤等系列高速直驅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。由無軸承異步電機來支撐轉子穩定懸浮，需要多個單元的兩自由度無軸承異步電機、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，因此，該系統存在結構和控制復雜，體積龐大，臨界轉速低等缺點。

發明內容

本發明克服現有的五自由度無軸承異步電機系統的不足，提供一種不受P_B=P_M±1條件限制，在轉子中僅感應出與轉矩繞組磁場極對數相同的旋轉磁場，控制簡單，懸浮控制、轉矩控制相互獨立，能夠產生更大徑向懸浮力的一種五自由度定子永磁偏置無軸承異步電機。

本發明通過以下技術方案實現：

一種五自由度定子永磁偏置無軸承異步電機，包括位于電機殼體內的定子和位于定子內圈里的轉子，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、軸向磁化的環形永磁體，所述環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，所述左定子鐵心上開設有定子槽，所述定子槽內設有懸浮繞組和轉矩繞組，所述右定子錐形磁軸承鐵心上設有磁軸承繞組；所述轉子包括轉軸和箍設在轉軸外周的轉子鐵心，所述轉子鐵心的左端設有柱形凸臺，所述柱形凸臺與左定子鐵心徑向對齊且兩者之間留有徑向氣隙，所述轉子鐵心的右端為與右定子錐形磁軸承鐵心對應的錐體，所述錐體與右定子錐形磁軸承鐵心之間留有徑向氣隙，所述柱形凸臺的表面開有轉子槽，所述轉子槽中澆注有籠型導條。

本發明進一步的改進方案是，所述籠型導條的數目為偶數，籠型導條采用分相結構，籠型導條的極對數與轉矩繞組的極對數相同。