[发明专利]一种单绕组永磁辅助式无轴承同步磁阻电机

说明书

本发明公开了一种单绕组永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，转子沿其周向方向均匀且对称分布有四组磁障，每组磁障由内到外分为三层；每个转子磁障中心设有矩形永磁体安装槽，组合永磁体填充于永磁体安装槽中，且切向磁化；两个三相绕组单元采用分布式绕组形式嵌入电机的定子槽内，减少了定子侧功率损耗，且电机结构更紧凑；定子齿和转子磁障均轴向同向倾斜相同角度，使得转矩径向分量能够更多地分布在整个定子上，降低了其作用在定子轭上的峰值，从而实现抑制振动，降低噪声。该电机具有高速、高转矩、微振动、低噪音、高效率和高可靠性等优点，在未来新能源汽车、航空航天、超纯净传输、空调压缩机等应用领域具有重要研究价值和广阔应用前景。

技术领域

本发明属于电机制造及控制领域，涉及一种多变量、非线性、强耦合、微振动、低噪音的无轴承同步磁阻电机，特指一种单绕组永磁辅助式无轴承同步磁阻电机。

背景技术

无轴承同步磁阻电机是一种结构和原理均新颖独特的交流电机，其兼备磁轴承与同步磁阻电机的优点，能够最大限度地利用磁阻转矩。日本的A.Chiba等人设计的凸极式转子无轴承同步磁阻电机具有结构简单、造价低廉、易实现高速或超高速运行等优势，但凸极式转子无轴承同步磁阻电机的凸极比(交轴电感与直轴电感之比)较低，造成电机功率因数、转矩密度和效率均偏低，限制了电机的使用范围。日本的M.Takemoto等人设计的无轴承同步磁阻电机采用多层圆弧形磁障式转子，提高了无轴承同步磁阻电机的凸极比，但其转矩密度偏低的缺陷并未得到改善。

中国专利(CN106533103A)公开了一种永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，永磁体安装位置并没有使得电机转矩最大化；定子采用一套转矩绕组和一套悬浮绕组，由于两套绕组共同占用有限的定子槽空间、且绕组绕制方向和叠绕位置受到较为严格的限制，增加了电机定转子结构设计和制造工艺的难度，两套绕组的采用加大了定子侧的功率损耗，限制了无轴承电机的进一步发展。同时在进行无轴承电机的设计时，需考虑电机转子在发生最大偏心位移时，电机所能提供最大悬浮力时的悬浮力电流的大小，使得悬浮力绕组不能过细。但在电机正常运行时，悬浮力电流的密度较小，悬浮力绕组无法得到充分有效的利用。

中国专利(CN201210056204.8和CN201210056244.2)分别公开了两种永磁辅助同步磁阻电机，磁障内嵌入的是圆弧形铁氧体永磁，其价格低廉，但铁氧体材料较脆，只能进行切片或者轻微的磨加工，因此圆弧形铁氧体永磁加工成本较高，生产工艺较繁琐。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统无轴承同步磁阻电机磁障转子加了永磁体之后，电机运行振动大、噪音大的问题，转子中永磁体的性价比不高的问题以及传统无轴承同步磁阻电机定子设有两套绕组，功率损耗大，结构臃肿的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单绕组永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，包括由内向外依次同轴设置的转轴、转子和定子，定子和转子之间设有气隙；定子由定子齿、定子槽、定子轭组成，相邻两个定子齿之间形成定子槽，定子槽内安放定子绕组；转子包括转子铁心和设于转子铁心内部的永磁体，转子沿其周向方向均匀对称设置有四组磁障，每组磁障包括三层在转子铁心径向方向间隔设置的折线形磁障，第二层磁障、第三层磁障的两端各设置两个永磁体安装槽，每个永磁体安装槽中嵌入一个永磁体；转轴的两端分别由调心球轴承、辅助轴承接触支撑，调心球轴承一端的转轴上安装光电编码器，辅助轴承一端的转轴上安装电涡流传感器。

上述方案中，定子齿的径向中心处齿宽即为t₂，定子轭11的径向宽度为t₁，且t₁＝2～3t₂。