[發明專利]一種軸向盤式五自由度懸浮無軸承開關磁阻電機

有效

• 申請號: 202010107716.7
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111211657B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 王澤林;鄧智泉;曹鑫;龐古才
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種軸向盤式五自由度懸浮無軸承開關磁阻電機，包括兩個無軸承電機、一個轉軸、一個軸向推力盤，第一無軸承電機包括第一定、轉子，第二無軸承電機包括第二定、轉子。兩個電機轉子齒極數均為4，其與軸向推力盤共同套在一根轉軸上，軸向推力盤位于第一轉子和第二轉子中間；兩個電機定子齒極數均為12，第一定子、第二定子每個齒極上均套有一繞組；當第一定子上的繞組和第二定子上的繞組導通時，軸向推力盤利用定子齒極軸向漏磁產生磁拉力，從而實現軸向的懸浮控制，徑向主磁通提供徑向懸浮力和轉矩，最終實現電機的五自由度懸浮高速穩定運行。本發明電機結構簡單，生產成本低廉，可實現軸向和徑向懸浮力解耦，可靠性高。

技術領域

本發明涉及一種軸向盤式五自由度懸浮無軸承開關磁阻電機，屬于電機類的磁懸浮開關磁阻電機技術領域。

背景技術

高速化作為電機發展的重要趨勢之一，解決如何實現高速化電機的關鍵技術至關重要。當電機達到足夠高的轉速時，對軸承性能的要求越高，而傳統的機械軸承無法滿足高速電機的需求，而新型高速軸承價格過于昂貴，增加的電機生產過程中的成本，阻礙了電機高速化、產業化的發展。高速電機的種類很多，各類電機中，開關磁阻電機因其只有定轉子和繞組線圈，結構簡單，無永磁體，大大節約了成本，同時也提高了電機運行中的可靠性，其中無軸承開關磁阻電機是解決高速化和產品化較好的方案之一。

無軸承開關磁阻電機既能實現旋轉運動，同時也能讓轉子實現懸浮，針對透平機械和壓縮機等高速應用行業，在保證旋轉性能的同時要實現五自由度懸浮功能，傳統的五自由度磁懸浮開關磁阻電機體積龐大，功率器件復雜，容錯性能差，如何實現無軸承開關磁阻電機的五自由度懸浮，是當前的研究難點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種軸向盤式五自由度懸浮無軸承開關磁阻電機，可實現五自由度懸浮，徑向與軸向解耦控制，輸出功率大，軸向承載力高，電機體積小，生產成本低等特點。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種軸向盤式五自由度懸浮無軸承開關磁阻電機，包括第一無軸承電機、第二無軸承電機、轉軸和軸向推力盤；所述第一無軸承電機與第二無軸承電機的結構相同，第一無軸承電機包括第一定子、第一轉子，第二無軸承電機包括第二定子、第二轉子；

第一轉子嵌套在第一定子內部，第二轉子嵌套在第二定子內部，第一轉子、第二轉子、軸向推力盤均套在轉軸上，且軸向推力盤位于第一轉子和第二轉子之間，且第一轉子和第二轉子相對于軸向推力盤的中心對稱；

第一轉子和第二轉子的齒極數均為4，第一轉子的齒極與第二轉子的齒極錯開15°機械角度；第一定子和第二定子的齒極數均為12，第一定子每個齒極的軛部繞有一繞組線圈，第二定子每個齒極的軛部繞有一繞組線圈，各繞組線圈均獨立控制；

第一轉子、第二轉子和軸向推力盤采用一體加工成型，第一轉子和軸向推力盤之間無間隙，第二轉子和軸向推力盤之間無間隙，第一定子和軸向推力盤之間存在間隙，第二定子和軸向推力盤之間存在間隙，定義第一定子或第二定子每個齒極上除了繞組線圈的部分包括兩端，一端即為定子齒極端部，軸向推力盤的直徑在定子齒極端部與另一端之間。

作為本發明的一種優選方案，所述第一定子和第二定子的齒寬相等。

作為本發明的一種優選方案，所述第一轉子和第二轉子的齒寬相等。

作為本發明的一種優選方案，所述第一無軸承電機包括三相繞組，每相繞組由四個繞組線圈組成，相鄰兩個繞組線圈相差90°，相鄰兩相繞組相差30°。

作為本發明的一種優選方案，所述第二無軸承電機包括三相繞組，每相繞組由四個繞組線圈組成，相鄰兩個繞組線圈相差90°，相鄰兩相繞組相差30°。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：