[發明專利]一種單繞組永磁輔助式無軸承同步磁阻電機

有效

• 申請號: 201811025629.6
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109412281B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 朱熀秋;計宗佑;許穎;高敏
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/16;H02K3/28;H02K21/02;H02K21/14;H02K1/27;H02K11/20
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本發明公開了一種單繞組永磁輔助式無軸承同步磁阻電機，轉子沿其周向方向均勻且對稱分布有四組磁障，每組磁障由內到外分為三層；每個轉子磁障中心設有矩形永磁體安裝槽，組合永磁體填充于永磁體安裝槽中，且切向磁化；兩個三相繞組單元采用分布式繞組形式嵌入電機的定子槽內，減少了定子側功率損耗，且電機結構更緊湊；定子齒和轉子磁障均軸向同向傾斜相同角度，使得轉矩徑向分量能夠更多地分布在整個定子上，降低了其作用在定子軛上的峰值，從而實現抑制振動，降低噪聲。該電機具有高速、高轉矩、微振動、低噪音、高效率和高可靠性等優點，在未來新能源汽車、航空航天、超純凈傳輸、空調壓縮機等應用領域具有重要研究價值和廣闊應用前景。

技術領域

本發明屬于電機制造及控制領域，涉及一種多變量、非線性、強耦合、微振動、低噪音的無軸承同步磁阻電機，特指一種單繞組永磁輔助式無軸承同步磁阻電機。

背景技術

無軸承同步磁阻電機是一種結構和原理均新穎獨特的交流電機，其兼備磁軸承與同步磁阻電機的優點，能夠最大限度地利用磁阻轉矩。日本的A.Chiba等人設計的凸極式轉子無軸承同步磁阻電機具有結構簡單、造價低廉、易實現高速或超高速運行等優勢，但凸極式轉子無軸承同步磁阻電機的凸極比(交軸電感與直軸電感之比)較低，造成電機功率因數、轉矩密度和效率均偏低，限制了電機的使用范圍。日本的M.Takemoto等人設計的無軸承同步磁阻電機采用多層圓弧形磁障式轉子，提高了無軸承同步磁阻電機的凸極比，但其轉矩密度偏低的缺陷并未得到改善。

中國專利(CN106533103A)公開了一種永磁輔助式無軸承同步磁阻電機，永磁體安裝位置并沒有使得電機轉矩最大化；定子采用一套轉矩繞組和一套懸浮繞組，由于兩套繞組共同占用有限的定子槽空間、且繞組繞制方向和疊繞位置受到較為嚴格的限制，增加了電機定轉子結構設計和制造工藝的難度，兩套繞組的采用加大了定子側的功率損耗，限制了無軸承電機的進一步發展。同時在進行無軸承電機的設計時，需考慮電機轉子在發生最大偏心位移時，電機所能提供最大懸浮力時的懸浮力電流的大小，使得懸浮力繞組不能過細。但在電機正常運行時，懸浮力電流的密度較小，懸浮力繞組無法得到充分有效的利用。

中國專利(CN201210056204.8和CN201210056244.2)分別公開了兩種永磁輔助同步磁阻電機，磁障內嵌入的是圓弧形鐵氧體永磁，其價格低廉，但鐵氧體材料較脆，只能進行切片或者輕微的磨加工，因此圓弧形鐵氧體永磁加工成本較高，生產工藝較繁瑣。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統無軸承同步磁阻電機磁障轉子加了永磁體之后，電機運行振動大、噪音大的問題，轉子中永磁體的性價比不高的問題以及傳統無軸承同步磁阻電機定子設有兩套繞組，功率損耗大，結構臃腫的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種單繞組永磁輔助式無軸承同步磁阻電機，包括由內向外依次同軸設置的轉軸、轉子和定子，定子和轉子之間設有氣隙；定子由定子齒、定子槽、定子軛組成，相鄰兩個定子齒之間形成定子槽，定子槽內安放定子繞組；轉子包括轉子鐵心和設于轉子鐵心內部的永磁體，轉子沿其周向方向均勻對稱設置有四組磁障，每組磁障包括三層在轉子鐵心徑向方向間隔設置的折線形磁障，第二層磁障、第三層磁障的兩端各設置兩個永磁體安裝槽，每個永磁體安裝槽中嵌入一個永磁體；轉軸的兩端分別由調心球軸承、輔助軸承接觸支撐，調心球軸承一端的轉軸上安裝光電編碼器，輔助軸承一端的轉軸上安裝電渦流傳感器。

上述方案中，定子齒的徑向中心處齒寬即為t₂，定子軛11的徑向寬度為t₁，且t₁＝2～3t₂。