一种盘式无轴承异步电机制造技术

本发明专利技术公开了一种盘式无轴承异步电机，包括定子和双盘式转子，所述定子包括依次相连的轴向定子铁心、永磁环、径向定子铁心；所述轴向定子铁心的两侧以及径向定子铁心的内侧分别设置有轴向定子铁心槽、径向定子铁心槽，所述轴向定子铁心槽中设置有轴向悬浮绕组和轴向转矩绕组，所述径向定子铁心槽设置有径向转矩绕组和径向悬浮绕组；所述双盘式转子由贯穿定子的轴向转子铁心，以及分别同轴连接于轴向转子铁心两端的盘式转子、连接于轴向转子铁心中部的径向转子铁心组成，所述轴向转子铁心同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴，所述盘式转子的内端设置有轴向转子槽，所述轴向转子槽中设有轴向转子导条，所述径向转子铁心上设有径向转子导条。

【技术实现步骤摘要】
一种盘式无轴承异步电机
本专利技术涉及电机制造
，具体涉及一种能够实现转子三自由度稳定悬浮，且在轴向和径向都产生旋转转矩的盘式无轴承异步电机。
技术介绍
无轴承异步电机具有无摩擦、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。目前，无轴承异步电机是通过在传统异步电机的定子槽的转矩绕组上叠加一套附加的悬浮绕组，两套绕组分别由频率相同的三相交流电源供电产生旋转的悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场，且悬浮绕组磁场极对数为PB、转矩绕组磁场为PM，两者之间只有满足PB=PM±1的关系时，在转子上才能产生稳定可控的径向悬浮力。由径向位移传感器检测转子径向位移，构建位移闭环控制系统，实现转子稳定悬浮，而转矩的产生原理与普通异步电机相同。一方面，转矩绕组磁场要与悬浮绕组磁场相互作用产生径向悬浮力，另一方面，转矩绕组磁场又要和转子旋转磁场相互作用产生转矩，因此，转矩控制和位移控制之间存在强耦合，控制复杂，难以建立精确的数学模型，控制精度低。此外，除了转矩绕组磁场在转子导条内会感应出与转矩绕组磁场极对数相同的转子旋转磁场之外，悬浮绕组磁场也会在转子导条内感应出与悬浮绕组磁场极对数相同的转子旋转磁场，该旋转磁场对悬浮力的产生有削弱作用，还会增加转矩控制和位移控制的复杂性，特别是带负载运行时更为明显，严重时将会造成系统不稳定，悬浮失败。有学者提出了转子导条分相结构的无轴承异步电机结构，但是该电机的悬浮绕组和转矩绕组之间极对数仍然需要满足PB=PM±1的关系，转矩绕组磁场既要与转子磁场产生转矩，又要与悬浮绕组磁场产生悬浮力，存在复杂的耦合关系，两者之间的解耦控制非常复杂，计算量大，限制其工业应用的推广。要实现转子五自由度稳定悬浮，需要由一个轴向磁轴承+一个径向两自由度磁轴承+一个两自由度无轴承异步电机、或一个轴向磁轴承+两个两自由度无轴承异步电机、或一个两自由度无轴承异步电机+一个三自由度磁轴承组成五自由度悬浮驱动系统，在这三种结构中都不可避免的需要一个轴向悬浮控制单元，造成五自由度无轴承异步电机系统轴向长度长，临界转速高，难以实现更大功率更高速度旋转，且体积大，造价高。因此，研究一种具备轴向与径向悬浮功能于一体的无轴承异步电机对减小无轴承异步电机体积与造价，对促进无轴承异步电机工业应用进程发展具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构新颖，能够实现转子三自由度稳定悬浮，且在轴向和径向都产生旋转转矩的盘式无轴承异步电机，为特种电气传动提供新的解决方案。本专利技术通过以下技术方案实现：一种盘式无轴承异步电机，包括定子和双盘式转子，所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心、永磁环、径向定子铁心；所述轴向定子铁心的两侧以及径向定子铁心的内侧分别设置有轴向定子铁心槽、径向定子铁心槽，所述轴向定子铁心槽中沿轴向向外依次设置有极对数不等的轴向悬浮绕组和轴向转矩绕组，所述径向定子铁心槽沿径向向外依次设置有极对数不等的径向转矩绕组和径向悬浮绕组；所述双盘式转子由贯穿定子的轴向转子铁心，以及分别同轴连接于轴向转子铁心两端的盘式转子、连接于轴向转子铁心中部的径向转子铁心组成，所述轴向转子铁心同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴，所述盘式转子的内端设置有偶数个轴向转子槽，所述轴向转子槽中设置有采用分相结构的轴向转子导条或转子绕组，所述径向转子铁心上设置有采用分相结构的径向转子导条或转子绕组。本专利技术的进一步方案是，所述轴向转矩绕组和径向转矩绕组的极对数分别与轴向转子导条或转子绕组、径向转子导条或转子绕组的相同。本专利技术的进一步方案是，所述永磁环采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。本专利技术的进一步方案是，电机转速为n，径向转矩绕组（5）的电流频率和极对数分别为fj、Pj，轴向转矩绕组（4）的电流频率和极对数分别为fz、Pz，满足：fj×Pz=Pj×fz。本专利技术与现有技术相比的优点在于：将轴向悬浮/旋转与径向悬浮/旋转集成在一起，具有转矩密度大、悬浮力密度大的一种能够实现三自由度稳定悬浮的无轴承异步电机，为特种电气传动提供新的解决方案。附图说明图1为本专利技术的轴向结构及磁通示意图；图2为图1的A处的左视图。图3为图1的B处的右视图。具体实施方式如图1~3所示的一种盘式无轴承异步电机，以轴向定转子槽数、径向定转子槽数均等于12为例；包括定子和双盘式转子，所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心1、永磁环3、径向定子铁心2；所述轴向定子铁心1的两侧以及径向定子铁心2的内侧分别设置有轴向定子铁心槽、径向定子铁心槽，所述轴向定子铁心槽中沿轴向向外依次设置有极对数不等的轴向悬浮绕组6和轴向转矩绕组4，所述径向定子铁心槽沿径向向外依次设置有极对数不等的径向转矩绕组5和径向悬浮绕组7，所述轴向悬浮绕组6、径向悬浮绕组7均为集中式绕组，采用导电良好的电磁线圈绕制后侵漆烘干而成；所述双盘式转子由贯穿定子的轴向转子铁心11，以及分别同轴连接于轴向转子铁心11左、右两端的左盘式转子8、右盘式转子9、连接于轴向转子铁心11中部的径向转子铁心12组成，所述轴向转子铁心11同轴连接有延伸出左盘式转子8、右盘式转子9外端的转轴10，所述左盘式转子8、右盘式转子9的内端分别设置有十二个轴向转子槽，所述轴向转子槽中分别设置有采用分相结构的左轴向转子导条或转子绕组13、右轴向转子导条或转子绕组19，所述径向转子铁心12上设置有采用分相结构的径向转子导条或转子绕组14，所述轴向转矩绕组4和径向转矩绕组5的极对数分别与左轴向转子导条或转子绕组13、右轴向转子导条或转子绕组19、径向转子导条或转子绕组14的相同。所述永磁环3采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成，轴向定子铁心1、径向定子铁心2、轴向转子铁心11、左盘式转子8、右盘式转子9、径向转子铁心12均由导磁性能良好材料制成。悬浮原理是：永磁环3产生左静态偏置磁通17、右静态偏置磁通18，其中左静态偏置磁通17从永磁环3的N极出发，经轴向定子铁心1、轴向定子铁心1与左盘式转子8之间的气隙、左盘式转子8、轴向转子铁心11、径向转子铁心12、径向转子铁心12与径向定子铁心2之间气隙、径向定子铁心2返回永磁环3的S极形成闭合路径；右静态偏置磁通18从永磁环3的N极出发，经轴向定子铁心1、轴向定子铁心1与右盘式转子9之间的气隙、右盘式转子9、轴向转子铁心11、径向转子铁心12、径向转子铁心12与径向定子铁心2之间气隙、径向定子铁心2返回永磁环3的S极形成闭合路径。轴向悬浮绕组6和径向悬浮绕组7均由直流电源供电，径向悬浮绕组7通电后产生的径向悬浮控制磁通16，经过径向定子铁心2的一侧、径向转子铁心12与径向定子铁心2间的一侧间隙、径向转子铁心12、轴向转子铁心11、径向转子铁心12与径向定子铁心2间的另一侧气隙、径向定子铁心2的另一侧形成闭合回路；轴向定子铁心1两侧的轴向悬浮绕组6通电方向相同，轴向悬浮绕组6通电后产生轴向悬浮控制磁通15，经过轴向定子铁心1与左盘式转子8间气隙、左盘式转子8、轴向转子铁心11、右盘式转子9、右盘式转子9与轴向定子铁心1间气隙形成闭合回路。轴向悬浮控制磁通15、径向悬浮控制磁通16分别与左静态偏置磁通17、右静态偏置磁通1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盘式无轴承异步电机，包括定子和双盘式转子，其特征在于：所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心（1）、永磁环（3）、径向定子铁心（2）；所述轴向定子铁心（1）的两侧以及径向定子铁心（2）的内侧分别设置有轴向定子铁心槽、径向定子铁心槽，所述轴向定子铁心槽中沿轴向向外依次设置有极对数不等的轴向悬浮绕组（6）和轴向转矩绕组（4），所述径向定子铁心槽沿径向向外依次设置有极对数不等的径向转矩绕组（5）和径向悬浮绕组（7）；所述双盘式转子由贯穿定子的轴向转子铁心（11），以及分别同轴连接于轴向转子铁心（11）两端的盘式转子、连接于轴向转子铁心（11）中部的径向转子铁心（12）组成，所述轴向转子铁心（11）同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴（10），所述盘式转子的内端设置有偶数个轴向转子槽，所述轴向转子槽中设置有采用分相结构的轴向转子导条或转子绕组，所述径向转子铁心（12）上设置有采用分相结构的径向转子导条或转子绕组（14）。

【技术特征摘要】
1.一种盘式无轴承异步电机，包括定子和双盘式转子，其特征在于：所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心（1）、永磁环（3）、径向定子铁心（2）；所述轴向定子铁心（1）的两侧以及径向定子铁心（2）的内侧分别设置有轴向定子铁心槽、径向定子铁心槽，所述轴向定子铁心槽中沿轴向向外依次设置有极对数不等的轴向悬浮绕组（6）和轴向转矩绕组（4），所述径向定子铁心槽沿径向向外依次设置有极对数不等的径向转矩绕组（5）和径向悬浮绕组（7）；所述双盘式转子由贯穿定子的轴向转子铁心（11），以及分别同轴连接于轴向转子铁心（11）两端的盘式转子、连接于轴向转子铁心（11）中部的径向转子铁心（12）组成，所述轴向转子铁心（11）同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴（10），所述盘式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，刘欣凤，王业琴，倪伟，桑英军，夏鑫，丁卫红，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32