[发明专利]一种电动汽车飞轮储能用无轴承电机

说明书

本发明公开一种电动汽车飞轮储能用无轴承电机，外定子的内壁沿圆周方向均匀分布四个外定子齿，每一个外定子齿上都绕有悬浮绕组；在每两个外定子齿之间，沿外定子的内壁表面上固定满贴有一块扇形隔磁层；在每一块扇形隔磁层的内表面的正中间位置上都固定贴有一个内定子，每个内定子的径向截面结构为E型，内定子的两端和正中间各布置一个内定子齿，外定子齿的内径等于内定子齿的内径；在每两个内定子齿正中间的内定子的轭部上均嵌有一块永磁体，每块永磁体均切向充磁，每个内定子上的两块永磁体的充磁方向相反，在每个内定子的正中间的内定子齿上绕有转矩绕组，转矩绕组磁场与悬浮绕组的磁场在内外定子内相互分离，两者耦合度很低。

技术领域

本发明涉及一种无轴承电机的结构，适用于电动汽车的飞轮电池这一特殊领域。

背景技术

电动汽车的舒适性好、对环境污染小、使用能源为可再生的电能，但是电动汽车使用的化学电池寿命低、续航里程短、对环境有一定的污染，这对电动汽车的发展及普及带来很多问题。近年来利用物理储能的飞轮电池由于具有寿命高、对环境无污染等优点，具有广阔的应用前景。但传统的飞轮电池其内部的机械轴承在飞轮高速旋转时会存在机械磨损，这会引起升温及降低飞轮电池的效率的问题。

无轴承电机是结合磁轴承与电机功能于一体的一种新型电机，它的内部有两套绕组，分别产生转矩与悬浮力，通过调节两套绕组内的电流的大小与相位可以控制转矩的大小与悬浮力的大小。因此无轴承电机在正常工作时无机械接触，非常适合用于高速场合如飞轮储能、航空航天等领域。

传统的无轴承电机内部有两套极对数相差一的转矩绕组与悬浮绕组这两套组绕组，两套绕组产生极对数相差一的磁场，分别用来产生转矩与悬浮力。这种结构的无轴承电机发展比较成熟，但是也存在以下问题：无轴承电机内部转矩绕组与悬浮绕组相耦合，悬浮力会受到转矩绕组影响，因此会导致悬浮力控制比较难。

发明内容

本发明的内容是为了克服上述现有无轴承电机的不足，提出一种转矩绕组磁场与悬浮绕组磁场耦合度低，且极对数设计不受限制的一种新型电动汽车飞轮电池用无轴承电机。

本发明采用的技术方案是：本发明具有由外而内同轴嵌套的外定子、内定子与转子，外定子的内壁沿圆周方向均匀分布四个外定子齿，每一个外定子齿上都绕有悬浮绕组；在每两个外定子齿之间，沿外定子的内壁表面上固定满贴有一块扇形隔磁层；在每一块扇形隔磁层的内表面的正中间位置上都固定贴有一个内定子，每个内定子的径向截面结构为E型，内定子的两端和正中间各布置一个内定子齿，外定子齿的内径等于内定子齿的内径；在每两个内定子齿正中间的内定子的轭部上均嵌有一块永磁体，每块永磁体均切向充磁，充磁方向指向中间的内定子齿，每个内定子上的两块永磁体的充磁方向相反，在每个内定子的正中间的内定子齿上绕有转矩绕组。

进一步地，转矩绕组为两极两相绕组，四个外定子齿上的悬浮绕组依次是线圈X₁、X₂、X₃与X₄，线圈X₁与线圈X₃相面对且通入的电流方向相同，线圈X₂与线圈X₄相面对且通入的电流方向相反。

本发明的有益效果是：

1、本发明中的转矩绕组磁路是从内定子出发经过转子再回到内定子；悬浮绕组磁路是从外定子出发经过转子再回到外定子，由于内定子与外定子之间嵌有非导磁材料，转矩绕组磁场与悬浮绕组磁场在内外定子内相互分离，因此悬浮磁场与转矩磁场在定子与气隙处的磁路重合度很小，因此两者耦合度很低。

2、本发明中的悬浮力由均匀分布在外定子齿上的四组悬浮绕组直接产生，每组悬浮绕组内的电流均可以单独控制，因此可通过控制每组选入绕组内的电流来直接控制悬浮力，整个过程响应迅速，悬浮力控制简单，转矩磁路短，控制精度比较高，结构也紧凑。