[发明专利]一种无轴承悬浮转子永磁电机

说明书

技术领域

本发明属于一种电机领域，特别是一种无轴承悬浮转子永磁电机。

背景技术

所谓无轴承电机就是在电机定子上绕2组线圈，一组是转矩线圈，用于驱动转子旋转，另一组是磁悬浮线圈，用于产生径向磁悬浮力支承转子，实际上就是将磁悬浮轴承和电机集成在一起的新型电机。传统的无轴承电机系统一般需要两个无轴承电机和一个轴向磁悬浮轴承或者一个无轴承电机、一个径向和一个轴向磁悬浮轴承构成，其不足是体积很大、动态性能较低。当无轴承电机转子的轴向长度与其直径相比很小时，转子在轴向是被动稳定的，稳定悬浮只需控制转子的两个径向自由度，这种特殊的无轴承电机被称为片状无轴承电机，具有体积小、动态性能高等优点。

    由于无轴承电机的磁悬浮绕组和电机绕组共用一套定子，它们之间必然存在耦合。为了实现转矩与磁悬浮力之间的解耦控制，矢量控制技术和气隙磁场定向技术相继被引入到普通无轴承电机的控制中。但是，没有完全解决耦合问题。单个无轴承电机一般只能约束转子沿径向方向的两个自由度，要实现转子稳定悬浮，需要2个无轴承电机和一个轴向磁悬浮轴承，或者需要一个无轴承电机和一个径向再加一个轴向磁悬浮轴承。这样，普通无轴承电机不仅在控制策略上相互受到诸多制约，而且结构非常复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体积小、结构简单、成本低且能满足无接触、无磨损、无污染、高效率要求的无轴承电机。

    本发明的目的可以通过以下措施来达到：

    首先，该电机转子采用片状结构（即：转子径向尺寸远远大于轴向尺寸），从而使电机在轴向和扭转方向上实现被动悬浮，去掉了轴向磁轴承，大大缩小了电机的体积；并且当电机极对数满足M≥3时，径向力和转矩完全解藕，可以相互独立控制，简化了控制系统。

    其次，本发明的电机绕组采用四对极结构通以三相交流电，悬浮绕组采用通以直流电，从而使电机的悬浮力和转矩自动解藕，大大简化了电机的控制系统。

    本发明的片状无轴承永磁电机，包括置于底座上的壳体，壳体上端与端盖相连，定子固定在置于壳体内的偏置磁轭上，定子槽中绕有电机绕组和悬浮绕组，置于定子内通过转子偏置磁轭安装在芯轴中段的环状转子其外圆周表面对称地贴有永磁贴片，与控制系统相连的电涡流传感器通过传感器支架固定在芯轴上段，置于底座内端面和壳体内的永磁偏置磁轭安装在芯轴下段，在该偏置磁轭与转子偏置磁轭之间放置偏置永磁体。本发明电涡流传感器检测出传感器护环即转子内环的径向位移（也可通过另一种结构检测环状转子外环位移），位移信号通过传感器处理电路转变为电压信号，电压信号通过PID电路处理后送入功放，功放将所接收的电压信号转化为相应的电流信号送入悬浮绕组，从而控制电机的径向悬浮。

    由于该电机转子采用片状结构，只要控制电机径向两个自由度的悬浮就能实现转子空间五个自由度的稳定悬浮，大大简化了电机的控制系统，缩小了电机体积；该电机用一个偏置永磁体来提供悬浮的偏置磁通，通过控制该电机悬浮绕组中的电流来控制磁悬浮力，从而实现电机的径向悬浮，因此属于混合式无轴承电机；该电机旋转励磁由转子表面的永磁贴片提供，因此旋转的控制与永磁同步电机类似。当电机极对数满足M>3时，悬浮和旋转的控制是相互独立的。因此，本发明具有如下优点：

  1、体积小、结构简单、设计新颖合理、控制系统简单，能够工作在无接触、无污染、无摩擦的磁悬浮状态。

  2、耐用可靠，能长久运行而无需维护，更无须更换部件。特别是对一些医疗仪器及需要连续工作的仪器，应用优势尤为突出。

附图说明

图1为本发明的剖面图；

图2为本发明悬浮绕组示意图；

图3为本发明永磁贴片结构示意图；其中图(a)为四片同向充磁的永磁贴片励

磁；图(b)为八片正反向充磁的永磁贴片励磁；图(c)为四片同向充磁的菱形

永磁贴片励磁。

图4为本发明转子被动稳定原理图；

图5为本发明径向悬浮磁路原理图。

附图标注：图l中：1底座，2壳体，3端盖，4、5、6偏置磁轭，7定子，8转子组件，9传感器支架组件，10芯轴，11绕组，12偏置永磁体，13永磁贴片，14传感器护环图5中：虚线为悬浮绕组产生的控制磁通，实线为偏置永磁体产生的偏置磁通。

具体实施方式