[发明专利]一种双薄片式五自由度无轴承开关磁阻电机

说明书

本发明公开了一种双薄片式五自由度无轴承开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子由转轴和转子铁心组成，所述转子铁心的边部设置有转子齿，所述转子铁心并排间隔设置有两个，所述定子包括两个环形的定子铁心，每个定子铁心的内圈均匀布置有四个悬浮齿，相邻两个悬浮齿之间的定子铁心内圈均匀布置有数个转矩齿，所述悬浮齿和转矩齿上分别绕制有悬浮绕组、转矩绕组；两个定子铁心的外圈分别均匀连接有数个导磁桥，分别连接于两个定子铁心的导磁桥一一对应地通过永磁体相连；所述两个转子铁心分别同轴设置于两个定子铁心内腔，每个转子铁心的转子齿与对应的定子铁心的悬浮齿、转矩齿间隔设置形成径向工作气隙。

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，具体涉及一种双薄片式五自由度无轴承开关磁阻电机。

背景技术

无轴承电机具有无摩擦、磨损、无需润滑和密封，易于实现更高转速和更大功率运行，在航空航天、涡轮分子泵、飞轮储能、密封泵、高速电主轴等领域具有广阔的应用前景。无轴承电机主要分为无轴承异步（感应）电机、无轴承永磁同步电机和无轴承开关磁阻电机三种。特别是其中的无轴承开关磁阻电机具有结构简单，机械强度高、控制灵活、容错性能和鲁棒性好等优势，在电动汽车、航空航天、家用电器等领域具有广阔的应用前景。

传统的无轴承开关磁阻电机是将磁轴承产生悬浮力的绕组集成到开关磁阻电机定子槽中,每个定子齿上均绕制两套绕组，即悬浮绕组和转矩绕组，且两者的极对数需满足P_M=P_B±1的关系时，通过协调控制转矩绕组和悬浮绕组电流，产生悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场，两者相互叠加，使转子一侧气隙磁场增强，而相反方向的气隙磁场减弱来获得指向气隙磁场增强方向的径向悬浮力，转矩控制和悬浮控制之间存在强耦合。此外要实现转子五自由度稳定悬浮，必须采用轴向单自由度磁轴承、径向两自由度磁轴承、三自由度径向-轴向磁轴承和两自由度无轴承开关磁阻电机任意组合成五自由度无轴承开关磁阻电机驱动系统，体积庞大，轴向长度长，临界转速高，难以体现无轴承电机技术高转速和高功率密度的优势。

发明内容

本发明的目的是克服现有的无轴承开关磁阻电机的不足，提供一种结构紧凑，悬浮控制与转矩控制相互独立，径向主动控制，而轴向被动控制的一种双薄片式五自由度无轴承开关磁阻电机。

本发明通过以下技术方案实现：

一种双薄片式五自由度无轴承开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子由转轴和转子铁心组成，所述转子铁心的边部设置有转子齿，所述转子铁心并排间隔设置有两个，所述定子包括两个环形的定子铁心，每个定子铁心的内圈均匀布置有四个悬浮齿，相邻两个悬浮齿之间的定子铁心内圈均匀布置有数个转矩齿，所述悬浮齿和转矩齿上分别绕制有悬浮绕组、转矩绕组；两个定子铁心的外圈分别均匀连接有数个导磁桥，分别连接于两个定子铁心的导磁桥一一对应地通过永磁体相连；所述两个转子铁心分别同轴设置于两个定子铁心内腔，每个转子铁心的转子齿与对应的定子铁心的悬浮齿、转矩齿间隔设置形成径向工作气隙。

本发明的进一步方案是，所述悬浮齿的宽度大于转矩齿的宽度，且悬浮齿的宽度大于电机一个极距；所述悬浮齿与转子齿之间的径向工作气隙小于定子转矩齿与转子齿之间的径向工作气隙。

本发明的进一步方案是，所述悬浮绕组和转矩绕组均为集中式绕组，其中转矩绕组分为多相结构。

本发明与现有技术相比的优点在于：

一、将定子内圆周的定子齿分为转矩齿和悬浮齿，转矩齿上绕制转矩绕组，悬浮齿上绕制悬浮绕组，转矩绕组和悬浮绕组均为集中式绕组，且悬浮齿与转子齿之间的气隙小于转矩齿与转子齿之间的气隙；由四个轴向磁化的永磁体为电机提供静态偏置磁通，悬浮绕组由直流电源供电为电机提供悬浮控制磁通，悬浮控制磁通调节静态偏置磁通，在转子上产生径向悬浮力，控制转子径向四自由度稳定悬浮；同时转子做成薄片状，轴向方向由永磁体产生的偏置磁通产生的磁阻力实现被动控制；