[發明專利]一種定子永磁式外轉子片狀無軸承異步電機

有效

• 申請號: 201810702241.9
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN108599500B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 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: H02K17/16
• 分類號: H02K17/16;H02K1/17;H02K3/04
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 謝觀素

本發明公開一種定子永磁式外轉子片狀無軸承異步電機，包括外轉子鐵心、外轉子鐵心內圈的內定子，所述內定子包括連為一體的定子鐵心、軸向磁化的柱形永磁體和圓盤形的鐵心橋，定子鐵心疊壓在柱形永磁體的左端面，鐵心橋疊壓在柱形永磁體的右端面，所述定子鐵心、鐵心橋以及柱形永磁體的軸線共線，所述定子鐵心上開設定子槽，定子槽內設置有轉矩繞組和懸浮繞組，所述外轉子鐵心的徑向長度大于其軸向厚度。柱形永磁體為電機提供靜態偏置磁通，懸浮繞組由直流電源供電，為電機提供懸浮控制磁通，懸浮控制磁通調節靜態偏置磁通，在外轉子上產生徑向懸浮力。

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、轉矩繞組極對數和懸浮繞組極對數只需滿足P_m≠P_b關系，控制簡單，懸浮控制、轉矩控制相互獨立，徑向主動懸浮，而軸向被動懸浮的一種定子永磁式外轉子片狀無軸承異步電機。

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。對于無軸承異步電機，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。此外，單個無軸承電機一般只能約束轉子沿徑向方向的兩個自由度，要實現轉子穩定懸浮，需要2個無軸承電機和一個軸向磁懸浮軸承，或者需要一個無軸承電機和一個徑向再加一個軸向磁懸浮軸承。這樣，普通無軸承電機不僅在控制策略上受到諸多制約，而且結構非常復雜。當無軸承電機轉子的軸向長度與其直徑相比很小時，轉子在軸向是被動穩定的，穩定懸浮只需控制轉子的兩個徑向自由度，這種特殊的無軸承電機被稱為片狀無軸承電機，已成為當今無軸承電機研究領域的熱點之一，并且已經研究出多種結構的片狀無軸承永磁電機，轉子永磁體的存在，導致磁路磁阻大，功耗大，且轉子機械強度低，難以實現更高轉速和更大功率運行。因此研究一種控制簡單，懸浮力和轉矩無耦合，能夠產生更為有效懸浮力的新型片狀無軸承異步電機，對實現無軸承電機的工業應用具有重大意義。

發明內容

本發明提供一種不受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，且軸向由偏置磁通被動懸浮，徑向主動懸浮，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定子永磁式外轉子片狀無軸承異步電機結構。

本發明通過以下技術方案實現：