一种无轴承永磁薄片电机制造技术

本实用新型专利技术公开一种无轴承永磁薄片电机，薄片转子同轴套在定子内，薄片转子内部同轴套有圆柱形的磁通收集装置，磁通收集装置和薄片转子之间留有第一径向气隙；定子由6根沿圆周方向均匀分布的相同的L型定子铁芯柱组成，6个径向水平段形成定子的凸极；薄片转子和磁通收集装置置放在薄片转子硬塑托盘的盘口内，薄片转子与薄片转子硬塑托盘的敞口内侧面之间留有第二径向气隙；永磁体的顶端固定连接薄片转子硬塑托盘底面、底端固定连接定子铁芯磁轭的中心，永磁体沿轴向充磁；6根L型定子铁芯柱的轴向垂直段上绕有悬浮力绕组和转矩绕组；采用凸极圆环转子代替永磁转子，使电机的机械结构更为紧凑，提高了功率密度。

Bearingless permanent magnet slice motor

The utility model discloses a bearingless slice motor, the rotor shaft sleeve in the stator sheet, sheet rotor internal sleeve has a cylindrical magnetic flux collecting device, a first radial air gap left between the flux collecting device and the thin rotor; the stator consists of 6 roots are uniformly distributed along the circumferential direction of the same L type stator core columns, 6 radial horizontal section formed stator salient pole rotor and magnetic flux collecting device; thin sheet hard plastic tray placed in the rotor handicap, second radial air gap between the rotor and the rotor sheet sheet with hard plastic tray open inner side; the top of the permanent magnet rotor is fixedly connected thin hard plastic tray bottom the surface and the bottom end is fixedly connected with the stator yoke, a permanent magnet magnetized along the axial direction; 6 axial vertical section of L type stator core column are wound on the levitation windings and torque windings with salient pole; The ring rotor replaces the permanent magnetic rotor, so that the mechanical structure of the motor is more compact, and the power density is increased.

【技术实现步骤摘要】
一种无轴承永磁薄片电机
本技术属于电机制造领域，涉及一种无轴承永磁薄片电机，适用于密封泵、工业制药和生命科学等众多领域。
技术介绍
无轴承薄片电机是将磁悬浮轴承与无轴承技术相结合的一种新型电机。利用定子槽中两套不同极对数绕组（即转矩绕组和悬浮力绕组）共同作用产生磁场，通过控制叠加合成磁场的大小和方向可以控制电机的悬浮力大小和方向，从而实现电机转子的稳定悬浮运行。另外，无轴承永磁薄片电机由于其特殊的机械结构，转子的轴向长度远小于转子的外径，成薄片状，可以根据磁阻最小原理实现3个自由度（1个轴向自由度和2个扭转自由度）的被动悬浮。这种电机不仅具有无轴承电机的一系列优点，还具有体积小、功率因数高、损耗小等特点。传统无轴承薄片电机采用永磁转子，成本较高，并不适用于一次性使用、替换的场合。另外，在高温条件下，永磁体磁力会因发热而减弱。在高速条件下，永磁转子会因过大的离心力而产生磨损，种种因素都对电机的工作性能产生了影响。中国专利公开号为CN204408154U的文献中提出了一种模块化定子永磁型无轴承电机，每个模块由1个E形导磁铁芯和1个永磁体构成，E形铁芯中间突出的齿为容错齿，为悬浮绕组和电枢绕组线圈提供回路实现解耦。永磁体位于相邻两个E形导磁铁芯之间，切向充磁，将转矩绕组绕在永磁体上，用以产生机械转矩，同时将悬浮力绕组横跨在容错齿两侧，用来产生悬浮力。由于该电机采用了磁通切换的方式，使得定转子结构变得复杂，加大了解耦的难度。中国专利公开号为CN103683571A的文献中提出了一种两自由度定子永磁型无轴承电机，采用E形定子铁芯柱，将两套绕组绕在E形铁芯柱中间的铁芯上。将两个永磁体圆环分别置于E形铁芯两侧磁轭中，通过两个永磁磁通和悬浮力绕组磁通相叠加，从而产生比传统无轴承电机更大的径向悬浮力。但由于采用两个圆环永磁体，使得轴向长度增加，从而增加电机体积，提高了生产成本。
技术实现思路
本技术的目的是为克服现有无轴承永磁薄片电机存在的上述问题，解决使用永磁转子在运行中的弊端，简化转子结构，提出一种结构紧凑、简单、提高动态工作性能的新型无轴承永磁薄片电机。本技术一种无轴承永磁薄片电机采用的技术方案是：具有薄片转子和定子，薄片转子同轴套在定子内，薄片转子内部同轴套有圆柱形的磁通收集装置，磁通收集装置和薄片转子之间留有第一径向气隙；定子由6根沿圆周方向均匀分布的相同的L型定子铁芯柱组成，L型定子铁芯柱的水平段为径向水平段、垂直段为轴向垂直段，6个径向水平段形成定子的凸极；薄片转子和磁通收集装置置放在薄片转子硬塑托盘的盘口内，该盘口顶部是敞口结构，磁通收集装置底端固定在薄片转子硬塑托盘的敞口底面正中间，L型定子铁芯柱的径向水平段的内侧面与薄片转子硬塑托盘的敞口外侧面紧密贴合，薄片转子与薄片转子硬塑托盘的敞口内侧面之间留有第二径向气隙；薄片转子硬塑托盘的正下方是圆柱形永磁体，永磁体的顶端固定连接薄片转子硬塑托盘底面、底端固定连接定子铁芯磁轭的中心，永磁体沿轴向充磁，底端为N极，顶端为S极；定子铁芯磁轭的外侧面与6根L型定子铁芯柱垂直段的内侧面紧密贴合固定连接在一起；6根L型定子铁芯柱的轴向垂直段上绕有悬浮力绕组和转矩绕组。进一步地，6根L型定子铁芯柱的水平段的轴向长度和磁通收集装置轴向厚度相同，且大于薄片转子的轴向厚度，6根L型定子铁芯柱的水平段的顶面、磁通收集装置的顶面、薄片转子的顶面三者处于同一径向平面上，薄片转子底端与薄片转子硬塑托盘敞口底面之间留有气隙。进一步地，悬浮力绕组和转矩绕组分两个三相控制，U1，V1，W1三相中的每相对应一个L型定子铁芯柱，空间位置相差120度，每个L型定子铁芯柱上的转矩绕组和悬浮力绕组正向连接，合成定子绕组磁通为两套绕组磁通之和；U2，V2，W2三相中的每相对应一个L型定子铁芯柱，空间位置相差120度，每个L型定子铁芯柱上的转矩绕组和悬浮力绕组反向连接，合成定子绕组磁通为两套绕组磁通之差。本技术的优点在于：1.本技术采用凸极圆环转子代替永磁转子，简化了转子结构；将永磁体安装在定子铁芯柱中间，易于散热，具有聚磁效应，提高了系统鲁棒性和动态性能的同时，降低了生产成本，适用于高温高速和一次性使用场合。2.本技术采用三相定子6极/转子4极的结构，采用6个铁芯柱，将两套绕组分上下层绕在6个铁芯柱上，减少了电机轴向长度，使电机的机械结构更为紧凑、简单。两套绕组都采用集中式绕组，端部较短、损耗较低、效率高，提高了功率密度。两套绕组各自产生的磁场彼此独立，因而无需复杂的控制算法即可实现解耦，从而实现独立控制。3.本技术在轴向控制上，利用电机本身所具有的磁阻力实现的薄片转子轴向平移与前后、左右翻转运动三个自由度的被动悬浮控制，减少了数字控制系统硬件及控制系统软件复杂程度；在相同功率或支承力下，大大缩小了电机转子轴向长度，使得相同体积下系统功率更大，悬浮力更大。4.本技术在绕组连接上采用双三相连接方式，不仅可以产生与传统两个独立三相连接方式相同的定子磁通，同时可以明显减少铜损，简化电机机械结构，提高工作性能。附图说明图1为本技术无轴承薄片电机的轴向结构示意图；图2为本技术的径向结构示意图；图3为本技术转矩和径向悬浮力的产生原理示意图；图4为本技术一个轴向自由度的被动悬浮原理示意图；图5为本技术两个扭转自由度的被动悬浮原理示意图；图6和图7为本技术定子上的转矩绕组和悬浮力绕组的连接方式示意图。图中：1.薄片转子；2.定子铁芯柱；3.磁通收集装置；4.永磁体；5.定子铁芯磁轭；6.转矩绕组；7.悬浮力绕组；8.钢制顶盘；9.顶部硬塑支架；10.底部硬塑支架；11.薄片转子硬塑托盘；12.钢制底盘；13.钢制机壳；14.气隙；15.气隙；16.沉头螺钉；31-36.位移传感器；41.定子绕组磁通；42.永磁磁通。具体实施方式如图1和图2所示，本技术具有薄片转子1和定子2，定子2的内径大于薄片转子1外径，薄片转子1同轴套在定子2内。薄片转子1内部同轴套有圆柱形的磁通收集装置3，磁通收集装置3由导磁材料制成。薄片转子1的内径大于磁通收集装置3的外径，在磁通收集装置3和薄片转子1之间留有径向气隙15。磁通收集装置3的中心轴即电机的中心轴。薄片转子1采用4极凸极结构。定子2由6根相同的L型定子铁芯柱组成，6根相同的L型定子铁芯柱沿圆周方向均匀分布。6根L型定子铁芯柱的水平段为径向水平段，每根L型定子铁芯柱的垂直段与电机的中心轴相平行，为轴向垂直段。6个径向水平段形成定子2的6极凸极，定子2的6极凸极对着薄片转子1的凸极，定子2的6极凸极的轴向长度等于磁通收集装置3的轴向长度相同。薄片转子1和磁通收集装置3置放在薄片转子硬塑托盘11的盘口内，薄片转子硬塑托盘11的盘口顶部是敞口结构，磁通收集装置3底端固定在薄片转子硬塑托盘11的敞口底面正中间。在薄片转子硬塑托盘11的四周边缘的下方是钢制顶盘8，钢制顶盘8嵌于薄片转子硬塑托盘11的四周边缘和6根L型定子铁芯柱的水平段的顶面之间。6根L型定子铁芯柱的径向水平段的内侧面与薄片转子硬塑托盘11的敞口外侧面紧密贴合在一起。薄片转子1与薄片转子硬塑托盘11的敞口内侧面之间留有径向气隙14。6根L型定子铁芯柱的水平段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无轴承永磁薄片电机，具有薄片转子（1）和定子（2），薄片转子（1）同轴套在定子（2）内，其特征是：薄片转子（1）内部同轴套有圆柱形的磁通收集装置（3），磁通收集装置（3）和薄片转子（1）之间留有第一径向气隙（15）；定子（2）由6根沿圆周方向均匀分布的相同的L型定子铁芯柱组成，L型定子铁芯柱的水平段为径向水平段、垂直段为轴向垂直段，6个径向水平段形成定子（2）的凸极；薄片转子（1）和磁通收集装置（3）置放在薄片转子硬塑托盘（11）的盘口内，该盘口顶部是敞口结构，磁通收集装置（3）底端固定在薄片转子硬塑托盘（11）的敞口底面正中间，L型定子铁芯柱的径向水平段的内侧面与薄片转子硬塑托盘（11）的敞口外侧面紧密贴合，薄片转子（1）与薄片转子硬塑托盘（11）的敞口内侧面之间留有第二径向气隙（14）；薄片转子硬塑托盘（11）的正下方是圆柱形永磁体（4），永磁体（4）的顶端固定连接薄片转子硬塑托盘（11）底面、底端固定连接定子铁芯磁轭（5）的中心，永磁体（4）沿轴向充磁，底端为N极，顶端为S极；定子铁芯磁轭（5）的外侧面与6根L型定子铁芯柱垂直段的内侧面紧密贴合固定连接在一起；6根L型定子铁芯柱的轴向垂直段上绕有悬浮力绕组（7）和转矩绕组（6）。...

【技术特征摘要】
1.一种无轴承永磁薄片电机，具有薄片转子（1）和定子（2），薄片转子（1）同轴套在定子（2）内，其特征是：薄片转子（1）内部同轴套有圆柱形的磁通收集装置（3），磁通收集装置（3）和薄片转子（1）之间留有第一径向气隙（15）；定子（2）由6根沿圆周方向均匀分布的相同的L型定子铁芯柱组成，L型定子铁芯柱的水平段为径向水平段、垂直段为轴向垂直段，6个径向水平段形成定子（2）的凸极；薄片转子（1）和磁通收集装置（3）置放在薄片转子硬塑托盘（11）的盘口内，该盘口顶部是敞口结构，磁通收集装置（3）底端固定在薄片转子硬塑托盘（11）的敞口底面正中间，L型定子铁芯柱的径向水平段的内侧面与薄片转子硬塑托盘（11）的敞口外侧面紧密贴合，薄片转子（1）与薄片转子硬塑托盘（11）的敞口内侧面之间留有第二径向气隙（14）；薄片转子硬塑托盘（11）的正下方是圆柱形永磁体（4），永磁体（4）的顶端固定连接薄片转子硬塑托盘（11）底面、底端固定连接定子铁芯磁轭（5）的中心，永磁体（4）沿轴向充磁，底端为N极，顶端为S极；定子铁芯磁轭（5）的外侧面与6根L型定子铁芯柱垂直段的内侧面紧密贴合固定连接在一起；6根L型定子铁芯柱的轴向垂直段上绕有悬浮力绕组（7）和转矩绕组（6）。2.根据权利要求1所述一种无轴承永磁薄片电机，其特征是：6根L型定子铁芯柱的水平段的轴向长度和磁通收集装置（3）轴向厚度相同，且大于薄片转子（1）的轴向厚度，6根L型定子铁芯柱的水平段的顶面、磁通收集装置（3）的顶面、薄片转子（1）的顶面三...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祝恒，朱熀秋，吴熙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32