一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机制造技术

本发明专利技术公开了一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴和转子铁心组成，所述转子铁心上均匀布置有偶数个转子导条；所述定子包括间隔设置于转子铁心径向外侧的定子铁心，以及对称设置于定子铁心两侧的两个轴向控制铁心，所述定子铁心上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组、径向悬浮绕组；所述两个轴向控制铁心的外沿与定子铁心之间分别连接有永磁体，内壁内沿分别同心设置有两道吸力圆盘，所述两道吸力圆盘之间同心设置有控制圆盘，所述两道吸力圆盘上各自绕制有轴向悬浮绕组。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机
本专利技术涉及异步型无轴承电机领域，具体涉及一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机。
技术介绍
无轴承电机是上世纪80年代末发展起来的新型高速特种电机，无轴承电机主要分为磁阻型、感应型和异步型无轴承电机三种，与其他两种相比，异步型无轴承电机转子无永磁体，结构简单，转子强度高，且无磁阻型无轴承电机存在的转子旋转时的振动缺点，是最具有工业应用前景的一种无轴承电机。传统的异步型无轴承电机内部仅存在三个磁场，即转矩绕组磁场、悬浮绕组磁场和转子感应磁场，且转矩绕组磁场极对数PM和悬浮绕组磁场极对数PB之间必须满足PM=PB±1的关系，转矩主要由转矩绕组磁场和转子感应磁场作用产生，悬浮力主要由悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场作用产生，转子导条既要感应出与转矩绕组磁场极对数相同的磁场，还要感应出与悬浮绕组磁场极对数相同的磁场，造成传统异步型无轴承电机悬浮力和转矩之间的解耦控制极为复杂，且转子导条切割悬浮绕组磁场产生的转子感应磁场对悬浮力有削弱作用，这两个固有缺点限制了传统异步型无轴承电机的工业应用进程。此外，异步型无轴承电机若要实现五自由度悬浮运行，需要轴向磁悬浮轴承与其配合使用。轴向磁轴承势必会增加悬浮电机系统的轴向长度，进而降低临界转速和功率密度。因此，在实现转矩和悬浮力解耦控制基础上，实现异步型无轴承电机和轴向磁轴承的集成化已成为磁悬浮电机领域的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构紧凑，轴向悬浮力、径向悬浮力和转矩无耦合，且左、右侧轴向气隙偏置磁动势始终相等的永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机。本专利技术通过以下技术方案实现：一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴和转子铁心组成，所述转子铁心上均匀布置有偶数个转子导条；所述定子包括间隔设置于转子铁心径向外侧的定子铁心，以及对称设置于定子铁心两侧的两个轴向控制铁心，所述定子铁心上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组、径向悬浮绕组；所述两个轴向控制铁心的外沿与定子铁心之间分别连接有永磁体，内壁内沿分别同心设置有两道吸力圆盘，所述两道吸力圆盘之间同心设置有控制圆盘，所述两道吸力圆盘上各自绕制有轴向悬浮绕组。本专利技术的进一步方案是，所述转子导条采用分相结构，每相之间相互绝缘，所述转子导条的极对数与电机转矩绕组的极对数相同，与径向悬浮绕组的极对数不同。本专利技术的进一步方案是，所述控制圆盘与转子铁心之间的气隙长度大于吸力圆盘与转子铁心之间的气隙长度。本专利技术的进一步方案是，所述永磁体由稀土永磁材料或铁氧永磁材料制成。本专利技术与现有技术相比的优点在于：一、实现了两自由度异步型无轴承电机和轴向磁轴承的集成化，是一种结构新颖、世界首创的一种三自由度异步型无轴承电机，是由是由两个轴向磁化的永磁体分别提供轴向和径向偏置磁通，轴向悬浮绕组通电产生轴向悬浮磁通，电机悬浮绕组通电产生径向悬浮磁通，径向和轴向悬浮磁通分别调节偏置磁通，使转子铁心轴向和径向气隙一侧的磁场增强，而相反方向磁场减弱，产生指向磁场增强方向的悬浮力，根据现有技术，建立轴向和径向位移闭环控制系统，实现转子轴向和径向三自由度稳定悬浮；由于转子导条采用分相结构，转子导条数为偶数，且转子导条极对数与转矩绕组磁场极对数相同，而与悬浮绕组极对数不同，因此转子导条旋转切割悬浮绕组磁场、转矩绕组磁场和定子永磁体磁场时，只产生一个与转矩绕组磁场极对数相同的转子感应磁场，而转矩是由电机转矩绕组磁场和转子感应磁场相互作用产生，且转矩绕组磁场极对数PM和悬浮绕组磁场极对数PB之间满足PM≠PB关系，转矩和悬浮力无耦合，控制简单，易于实现；且采用两块轴向磁化的永磁体提供三自由度偏置磁通，不论转子产生多大的轴向偏移量，都能够保证左右两侧轴向气隙的磁动势始终相等，有效解决了轴向启动困难的问题；二、应用于五自由度悬浮驱动系统中，可以代替一个轴向磁轴承和两自由度异步型无轴承电机，将极大地缩小轴向长度和系统体积与重量，对实现异步型无轴承电机工业应用具有里程碑式的重要意义。附图说明图1为本专利技术的轴向结构与磁通剖视图。图2为本专利技术的左侧轴向控制铁心结构与磁通示意图。图3为本专利技术的右侧轴向控制铁心结构与磁通示意图。图4为本专利技术的定子铁心与转子结构、绕组排列及磁通示意图。图5本专利技术的定子转子绕组或导条第一分相结构图。图6本专利技术的定子转子绕组或导条第二分相结构图。图7本专利技术的定子转子绕组或导条第三分相结构图。具体实施方式如图1~3所示的一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴15和转子铁心14组成，所述转子铁心14表面均匀布置有12个槽，每个槽中浇注有转子导条29。所述定子包括间隔设置于转子铁心14径向外侧形成径向工作气隙的定子铁心3，以及对称设置于定子铁心3两侧的左侧轴向控制铁心1、右侧轴向控制铁心5，所述定子铁心3上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组26、径向悬浮绕组28；所述左侧轴向控制铁心1、右侧轴向控制铁心5的外沿与定子铁心3之间分别连接有环形的左侧永磁体2、右侧永磁体4，所述左侧永磁体2、右侧永磁体4为稀土永磁材料或铁氧永磁材料制成的轴向充磁的环形永磁体。所述左侧轴向控制铁心1、右侧轴向控制铁心5的内壁内沿分别同心设置有两道左吸力圆盘6、两道右吸力圆盘7，所述两道左吸力圆盘6之间和两道右吸力圆盘7之间分别同心设置有左控制圆盘8、右控制圆盘9，所述左控制圆盘8、右控制圆盘9与转子铁心14之间的气隙长度大于左吸力圆盘6、右吸力圆盘7与转子铁心14之间的气隙长度，所述两道左吸力圆盘6和两道右吸力圆盘7上各自绕制有左轴向悬浮绕组10、右轴向悬浮绕组12；两道左吸力圆盘6、左控制圆盘8与左侧轴向铁心1，以及两道右吸力圆盘7、右控制圆盘9与右侧轴向铁心5分别构成“E”形结构。转子铁心14和左侧轴向铁心1、右侧轴向铁心5、定子铁心3均由轴向和径向导磁性能良好的材料制成，左轴向悬浮绕组10、右轴向悬浮绕组12均采用导电良好的电磁线圈绕制后侵漆烘干而成。所述左侧轴向铁心1、左轴向悬浮绕组10、定子铁心3、电机转矩绕组26、径向悬浮绕组28、右侧轴向铁心5、右轴向悬浮绕组12、左侧永磁体2、右侧永磁体4沿轴向叠压。悬浮原理是：左侧永磁体2和右侧永磁体4分别产生左侧偏置磁通19和右侧偏置磁通25两部分；左侧偏置磁通19从左侧永磁体2的N极出发，经两道左吸力圆盘6分为左内偏置磁通18、左外偏置磁通20两部分，然后分别经过两道左吸力圆盘6与转子铁心14之间的左侧轴向气隙、转子铁心14、径向工作气隙、定子铁心3，回到左侧永磁体2的S极形成左侧闭合磁路。右侧偏置磁通25从右侧永磁体4的N极出发，经两道右吸力圆盘7分为右内偏置磁通23、右外偏置磁通24两部分，然后分别经过两道右吸力圆盘7与转子铁心14之间的右侧轴向气隙、转子铁心14、径向工作气隙、定子铁心3，回到右侧永磁体4的S极形成右侧闭合磁路。径向悬浮绕组28通电产生径向悬浮磁通27，径向悬浮磁通27经过定子铁心3上侧、上侧径向气隙、转子铁心14、下侧径向气隙、定子铁心3下侧和定子铁心3的扼部形成闭合路径；两组左轴向悬浮绕组10、两组右轴向悬浮绕组12通电分别产生四条轴向悬浮磁通，分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴（15）和转子铁心（14）组成，其特征在于：所述转子铁心（14）表面均匀布置有偶数个转子导条（29）；所述定子包括间隔设置于转子铁心（14）径向外侧的定子铁心（3），以及对称设置于定子铁心（3）两侧的两个轴向控制铁心，所述定子铁心（3）上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组（26）、径向悬浮绕组（28）；所述两个轴向控制铁心的外沿与定子铁心（3）之间分别连接有永磁体，内壁内沿分别同心设置有两道吸力圆盘，所述两道吸力圆盘之间同心设置有控制圆盘，所述两道吸力圆盘上各自绕制有轴向悬浮绕组。

【技术特征摘要】
1.一种永磁体轴向磁化的三自由度异步型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴（15）和转子铁心（14）组成，其特征在于：所述转子铁心（14）表面均匀布置有偶数个转子导条（29）；所述定子包括间隔设置于转子铁心（14）径向外侧的定子铁心（3），以及对称设置于定子铁心（3）两侧的两个轴向控制铁心，所述定子铁心（3）上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组（26）、径向悬浮绕组（28）；所述两个轴向控制铁心的外沿与定子铁心（3）之间分别连接有永磁体，内壁内沿分别同心设置有两道吸力圆盘，所述两道吸力圆盘之间同心设置有控制圆盘，所述两道吸力圆盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，叶小婷，丁祖军，莫丽红，倪伟，王业琴，桑英军，夏鑫，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32