一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机制造技术

本实用新型专利技术涉及磁悬浮开关磁阻电机领域，为克服现有磁悬浮开关磁阻电机转矩磁场和悬浮磁场之间存在耦合、单位体积输出功率小、驱动液体时必须外接转轴和叶轮的缺点，提出了一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机。该电机沿径向自外向内依次包括转矩定子、电机转子、隔磁环、径向位置调节环和悬浮力定子；所述径向位置调节环、隔磁环和电机转子依次固定连接；所述转矩定子包括转矩定子铁芯和转矩定子绕组，且转矩定子绕组绕在转矩定子铁芯上；所述悬浮力定子包括悬浮力定子铁芯和悬浮力定子绕组，且悬浮力定子绕组绕在悬浮力定子铁芯上。该电机可用于对稳定性和功率有较高要求的领域，如人工心脏泵等领域。

An internal and external double stator spiral tooth magnetic suspension switched reluctance motor

The utility model relates to the field of magnetic suspension switched reluctance motor. In order to overcome the disadvantages of coupling between the torque magnetic field and the suspended magnetic field of the existing maglev reluctance motor, the output power of the unit volume is small and the driving liquid must be connected to the rotating shaft and the impeller when the liquid is driven, a magnetic suspension reluctance motor with internal and external double stator spiral teeth is proposed. . The motor includes the torque stator, the motor rotor, the magnetic ring, the radial position adjusting ring and the suspension force stator in turn, and the radial position adjusting ring, the magnetic ring and the motor rotor are fixed in turn, and the torque stator includes the torque stator core and the torque stator winding, and the torque stator winding is revolve around the rotor. The suspension force stator includes the suspension force stator core and the suspension force stator winding, and the suspension force stator winding is wound on the suspension force stator core. The motor can be used in areas with high stability and power requirements, such as artificial heart pumps.

【技术实现步骤摘要】
一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机
本技术涉及磁悬浮开关磁阻电机领域，特别是涉及一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机。
技术介绍
磁悬浮开关磁阻电机是20世纪末发展起来的一种新型电机，因其结构简单、可靠性高、调速性能好、无机械摩擦损耗等优点，受到国内外研究学者的广泛关注，常见种类有普通单绕组磁悬浮开关磁阻电机、普通双绕组磁悬浮开关磁阻电机和混合定子齿单绕组磁悬浮开关磁阻电机。普通双绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩绕组和悬浮力绕组安装在同一个定子极上，进行转矩控制时悬浮力会受到影响，进行悬浮力控制时转矩也会受到影响，转矩磁场和悬浮磁场耦合严重，控制算法难度大；此外，该结构定子极表面不连续，电机振动较大。普通单绕组磁悬浮开关磁阻电机的转矩和悬浮力的计算与分析较难，驱动和控制系统复杂，且在其满足悬浮力的同时会产生反转矩，限制转速的增加。混合定子齿单绕组磁悬浮开关磁阻电机的定子上有两种类型的定子齿，转矩和悬浮力分别由转矩绕组和悬浮力绕组单独产生，电机为两相工作制，转矩波动大且功率密度低。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：克服现有磁悬浮开关磁阻电机转矩磁场和悬浮磁场之间存在耦合、单位体积输出功率小、驱动液体时必须外接转轴和叶轮的缺点，提出了一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机，从结构上实现了转矩磁场和悬浮磁场的解耦控制、增大了单位体积输出功率，既可外接转轴进行功率输出，在驱动液体时也可以省略外接转轴和叶轮，直接利用电机转子进行驱动；可用于对功率和稳定性有较高要求的领域，如人工心脏泵等领域。为实现上述功能，本技术采取的技术方案为：一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机，该电机，沿径向自外向内依次包括转矩定子、电机转子、隔磁环、径向位置调节环和悬浮力定子；所述径向位置调节环、隔磁环和电机转子依次固定连接；所述转矩定子包括转矩定子铁芯和转矩定子绕组，且转矩定子绕组绕在转矩定子铁芯上；所述悬浮力定子包括悬浮力定子铁芯和悬浮力定子绕组，且悬浮力定子绕组绕在悬浮力定子铁芯上。本技术的技术方案还有：所述转矩定子为12齿螺旋结构，螺旋面切入角为30度；悬浮力定子为4齿螺旋结构，螺旋面切入角为30度；电机转子为8齿螺旋结构，螺旋面切入角为30度。本技术的技术方案还有：所述电机转子可外接转轴进行功率输出，在用于液体驱动时，电机转子可直接作为驱动叶轮，通过螺旋面为液体提供螺旋通道，驱动液体沿螺旋面轴向流动，可减少对液体中物质的破坏。本技术的技术方案还有：所述转矩定子绕组为三相，包括转矩绕组A相、转矩绕组B相和转矩绕组C相，导通顺序为:“A相-C相-B相”，转矩定子绕组通电后，为电机转子提供电磁转矩，驱动电机转子旋转。本技术的技术方案还有：所述悬浮力定子绕组为四相，包括悬浮力绕组P1相、悬浮力绕组P2相、悬浮力定子绕组P3相和悬浮力定子绕组P4相，悬浮力定子绕组通电后，产生作用于径向位置调节环的径向二自由度电磁力，进而调节电机转子径向位置。本技术的技术方案还有：所述隔磁环用隔磁材料制成，位于电机转子和径向位置调节环之间，使转矩定子绕组产生的磁力线和悬浮力定子绕组产生的磁力线形成两个相互独立的磁路，从而解除了转矩磁场和悬浮磁场之间的解耦。本技术的有益技术效果是：该电机采用带隔磁环的内外双定子结构，解除了转矩磁场和悬浮磁场之间的耦合，悬浮性能好，高速适应性强，功率损耗低；在电机转子腔内放入悬浮力定子，使电机结构更加紧凑，同时也降低了功率损耗；定、转子齿均采用螺旋结构，具有更大的单位体积输出功率；电机转子既可外接转轴进行功率输出，在液体环境中也可以直接作为叶轮对液体进行驱动；通过切入角为30度的螺旋面为液体提供螺旋通道，可减少对液体中物质的破坏。附图说明图1是本技术一个实施例的总体结构示意图。图2是本技术一个实施例的转矩绕组和悬浮力绕组示意图。图3是本技术一个实施例的径向力调节示意图。图4是本技术一个实施例的径向剖切图。图中：1为转矩定子，11为转矩定子铁芯，12为转矩定子绕组，2为电机转子，3为悬浮力定子，31为悬浮力定子铁芯，32为悬浮力定子绕组，4为隔磁环，5为径向位置调节环。具体实施方式本技术由转矩定子1、电机转子2、悬浮力定子3、隔磁环4和径向位置调节环5组成；所述径向位置调节环5、隔磁环4和电机转子2依次固定连接；所述转矩定子1包括转矩定子铁芯11和转矩定子绕组12，且转矩定子绕组12绕在转矩定子铁芯11上；所述悬浮力定子3包括悬浮力定子铁芯31和悬浮力定子绕组32，且悬浮力定子绕组32绕在悬浮力定子铁芯31上。在图1所示的内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机中，转矩定子1为12齿螺旋结构，电机转子2为8齿螺旋结构，悬浮力定子3为4齿螺旋结构，三者与隔磁环4和径向位置调节环5共同构成内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机；电机转子2可外接转轴进行功率输出，但用于液体驱动时，电机转子2可直接作为驱动叶轮，通过螺旋面为液体提供螺旋通道，驱动液体沿螺旋面轴向流动。转矩定子绕组12和悬浮力定子绕组32绕组缠绕方式如图2所示，转矩定子绕组12包括转矩绕组A相、转矩绕组B相和转矩绕组C相，导通顺序为“A相-C相-B相”；悬浮力定子绕组32包括悬浮力绕组P1相、悬浮力绕组P2相、悬浮力定子绕组P3相和悬浮力定子绕组P4相。内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机导通原理：定义逆时针方向为电机转子2运动正方向；工作时，转矩定子绕组12按照“A相-C相-B相”的顺序导通；转矩定子绕组12的A相绕组通电后，根据“磁阻最小原理”，在转矩定子1与电机转子2之间形成转矩磁场，产生电磁吸引力，提供电磁转矩，在电磁转矩的作用下电机转子2进行逆时针转动，当电机转子2的转子齿与转矩定子1的定子齿对齐时磁阻最小，达到平衡位置，如图2所示，此时关断转矩定子绕组12的A相绕组电源并给C相绕组通电，电机转子2继续逆时针转动，继而形成“A相-C相-B相”的周期性循环导通，实现电机转子2的旋转驱动。内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机稳定悬浮原理：如图3所示，当电机转子2在x轴正方向发生偏心位移时，悬浮力定子绕组32的P1相电流导通，P2相、P3相和P4相的电流关断，在x轴负方向上产生径向力F1，通过对径向位置调节环5的位置控制来调节电机转子2，直到电机转子2恢复到平衡位置，P1相电流才关断；相同的，当电机转子2在y轴正方向发生偏心位移时，只有P4相电流导通，在y轴负方向上产生径向力F4，直到电机转子2恢复到平衡位置，P4相电流才关断；径向力F1和F4合成了合力F，合力F的大小和方向可以通过改变悬浮力绕组32的导通情况和电流值的大小来进行调整，在电机转子2的任意位置，通过控制该位置状态下相应悬浮力绕组32的导通和电流值，即可得到所需方向和大小的合力，作用于径向位置调节环5后使电机转子2达到稳定悬浮。内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机解耦原理：隔磁环4用隔磁材料制成，位于电机转子2和径向位置调节环5之间，使转矩定子绕组12产生的磁力线和悬浮力定子绕组32产生的磁力线形成相互独立的磁路，从而解除转矩磁场和悬浮磁场之间的耦合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机，包括转矩定子（1）、电机转子（2）、悬浮力定子（3）、隔磁环（4）、径向位置调节环（5）；所述径向位置调节环（5）、隔磁环（4）和电机转子（2）依次固定连接；所述转矩定子（1）包括转矩定子铁芯（11）和转矩定子绕组（12），且转矩定子绕组（12）绕在转矩定子铁芯（11）上；所述悬浮力定子（3）包括悬浮力定子铁芯（31）和悬浮力定子绕组（32），且悬浮力定子绕组（32）绕在悬浮力定子铁芯（31）上。

【技术特征摘要】
1.一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机，包括转矩定子（1）、电机转子（2）、悬浮力定子（3）、隔磁环（4）、径向位置调节环（5）；所述径向位置调节环（5）、隔磁环（4）和电机转子（2）依次固定连接；所述转矩定子（1）包括转矩定子铁芯（11）和转矩定子绕组（12），且转矩定子绕组（12）绕在转矩定子铁芯（11）上；所述悬浮力定子（3）包括悬浮力定子铁芯（31）和悬浮力定子绕组（32），且悬浮力定子绕组（32）绕在悬浮力定子铁芯（31）上。2.根据权利要求1所述的一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，所述转矩定子（1）为12齿螺旋结构，螺旋面切入角为30度；悬浮力定子（3）为4齿螺旋结构，螺旋面切入角为30度；电机转子（2）为8齿螺旋结构，螺旋面切入角为30度。3.根据权利要求1所述的一种内外双定子螺旋齿磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，所述电机用于液...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传余，李井凯，宋政言，徐特，贾春涛，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：山东,37