[發明專利]一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機

有效

• 申請號: 202011015788.5
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112332708B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 楊澤斌;葉小婷;丁琪峰;孫曉東;盧承領;吳家杰;梅海濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00;H02K3/28;H02K1/14;H02K1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機，包括定子和轉子，定子是由從外到內依次排列的軸向定子鐵芯、永磁環、電機定子鐵芯、隔磁鋁塊、轉矩鐵芯，轉矩鐵芯通過隔磁鋁塊與電機定子鐵芯相連，電機定子鐵芯通過永磁環與軸向定子鐵芯相連，每個電機定子鐵芯內側均勻分布三個懸浮齒，懸浮齒上繞制徑向懸浮繞組，每個轉矩鐵芯內側設有兩個轉矩齒，轉矩齒上繞制轉矩繞組，軸向懸浮繞組位于電機定子鐵芯與軸向定子鐵芯之間，且靠近軸向定子鐵芯內側；轉子包括轉軸與轉子鐵芯，轉子鐵芯為圓柱形，與電機定子鐵芯正對且與電機定子鐵芯等寬的轉子鐵芯表面設有均勻分布的轉子齒，等寬的轉子鐵芯兩側分別設置有未貫穿轉子鐵芯的隔磁鋁環。

技術領域

本發明屬于電機制造領域，尤其是軸向長度短、高臨界轉速的一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機。

背景技術

磁懸浮開關磁阻電機是一種新型高速特種電機，要實現磁懸浮開關磁阻電機轉子穩定懸浮，必須在徑向四個自由度和軸向單自由度上同時施加主動控制力。傳統的五自由度磁懸浮開關磁阻電機通常有以下三種結構：

1、采用1個軸承磁軸承和2個兩自由度磁懸浮開關磁阻電機構成；

2、采用一個軸向磁軸承、1個徑向磁軸承和一個兩自由度磁懸浮開關磁阻電機構成；

3、采用1個三自由度徑向-軸向磁軸承和1個磁懸浮開關磁阻電機構成；

這三種結構均需單獨采用軸向磁軸承，增大了系統軸向長度，降低了系統臨界轉速，限制了轉速和功率的進一步提升，并且傳統的磁懸浮開關磁阻電機每個定子齒上均繞制兩套繞組，即懸浮繞組和轉矩繞組，且兩套繞組極對數必須滿足加減一的關系，通過協調控制轉矩繞組和懸浮繞組電流，同時產生轉矩和懸浮力，轉矩控制和懸浮控制之間存在強耦合。

發明專利號：201610399393.7，專利名稱：一種集成化的五自由度磁懸浮直驅電機；發明專利號：201610399391.8，專利名稱：一種一體化結構的五自由度磁懸浮電機，這兩種五自由度磁懸浮電機都是采用兩個軸向磁化的永磁體提供偏置磁通，但是軸向部分采用“E”形結構，左側和右側軸向懸浮繞組在“E”形結構之間形成閉合路徑，且需經過控制圓盤，軸向空間利用率低，軸向懸浮力較小。發明專利申請號：201710283920.2，專利名稱：一種五自由度混合勵磁磁懸浮開關磁阻電機，該結構為雙徑向氣隙結構，軸向被動懸浮，徑向主動懸浮，僅適用于對軸向懸浮力要求較小的場合，且這種結構在轉子處于平衡位置時，轉子仍會受到一側軸向力的作用。為解決上述結構的缺陷，發明一種軸向和徑向主動控制，軸向空間利用率高，軸向和徑向懸浮無耦合，能夠產生更大軸向懸浮力的五自由度磁懸浮開關磁阻電機。

發明內容

為了解決現有技術中存在的不足，本發明提出了一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機，本發明所設計的五自由度磁懸浮開關磁阻電機具有體積小、結構緊湊、集成度高、臨界轉速更高、功率密度與懸浮力密度大、定子空間可繞制更多繞組、傳感器安裝與裝配方便、懸浮與旋轉無耦合、控制簡單等優點，拓展了磁懸浮開關磁阻電機的應用領域。

本發明所采用的技術方案為：

一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機，包括定子和轉子，所述轉子同軸套裝在定子內部；轉子包括轉軸和轉子鐵芯，轉子鐵芯為圓柱形且轉子鐵芯套裝在轉軸的外部；在轉子鐵芯的外壁上間隔一段距離設有兩組相同的轉子齒，在每組轉子齒的兩側分別設置有未貫穿轉子鐵芯的隔磁鋁環；

定子包括軸向定子鐵芯、永磁環、電機定子鐵芯、隔磁鋁塊和轉矩鐵芯；所述電機定子鐵芯設有2個，且每個電機定子鐵芯均通過永磁環與軸向定子鐵芯內壁連接；2個電機定子鐵芯分別與轉子鐵芯上的2個轉子齒相對設置；在兩個電機定子鐵芯的最外側，且靠近軸向定子鐵芯內壁的兩端分別設置有相串聯的軸向懸浮繞組；每個電機定子鐵芯的內側均勻分布3個懸浮齒，且懸浮齒上繞制徑向懸浮繞組；在每個電機定子鐵芯的內側與懸浮齒交錯、均勻布置3個轉矩鐵芯，每個轉矩鐵芯均通過隔磁鋁塊與電機定子鐵芯的內壁連接，每個轉矩齒上繞制轉矩繞組。