一种电机及电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电机及电机控制方法，所述电机，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，其特征在于，当所述电机处于水平布置时，位于所述转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组。在机械传动系统中，电机的常规用法是既要么作电动机要么作发电机使用，然而在电机既不作驱动电动机，又不作发电机时，若电机处于卧式安装时，可作为一个无重力的磁悬浮传动轴和轴承使用，使传动系统能效高，结构简化，为电机增加一种新的使用方法。

【技术实现步骤摘要】
一种电机及电机控制方法
本专利技术涉及电机传动领域，尤其涉及一种电机及电机控制方法。
技术介绍
目前电机应用主要有以下几方面，一是作为将电能转变机械能的电动机，二是作为将机械能转为电能的发电机，或同时具备电动机和发电机双效功能。在机械系统中，例如采用电动机和发动机驱动压缩机时，一旦电机既不作驱动电动机，又不作发电机时，往往通过较复杂装置将电机从转动轴中分离，否则电机处于被动空转，增加系统能耗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电机及电机控制方法，在机械传动系统中电机处于卧式安装时，电机传统使用方法一般作电动机或作发电机使用；然而当电机既不作驱动电动机，又不作发电机时，可作为一个无重力的磁悬浮传动轴和轴承使用，使传动系统能效高，结构简化，为电机增加一种新的使用方法。本专利技术的技术解决方案如下：一种电机，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，所述定子绕组由多个绕组组成，每个绕组由导线反复缠绕在同一定子铁芯部位而形成。当所述电机处于水平布置时，位于所述转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组。进一步，所述反重力励磁绕组为电机定子绕组的一部分，是通过在电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。电机转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，通过适当控制，该电磁吸力能让电机转子的水平支撑轴承，所受的径向竖直向下压力减小或为零，即电机转子向上的电磁吸力和向下的重力达到或接近平衡。电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，驱动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与机械负荷和驱动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。而且由于电机转子质量较大，高速旋转时转子还相对一个惯性飞轮，可以在机械传动系统中起到稳定和储能的作用。这种反重力励磁绕组结构，不需要再电机本体上额外增加部件，而是结合电机已有轴承、转子和定子，通过优化定子绕组，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个性能更加优质的反重力惯性飞轮。进一步，所述的电机为发电机或电动机，或为复合型电机；所述复合型电机是指该电机既能作为发电机使用又能作为电动机使用，即这种反重力励磁绕组结构既可以用在电动机上，也可以用在发电机上。进一步，反重力励磁绕组为电机定子中独立设置的绕组，即反重力励磁绕组也可以不适用电机定子的绕组，通过在定子中增加独立的绕组获得。进一步，还包括反重力励磁控制装置，所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源，并控制对电机转子电磁吸力的方向和大小。一种电机控制方法，采用上述电机，控制电机工作在以下任一工作模式中：（1）电动机模式当电机单元为电动机时，反重力励磁控制装置中的切换单元闭合，反重力励磁绕组与励磁单元分离，反重力励磁绕组回归到电动机的定子绕组中，成为定子绕组的一部分；外部电源输送给电机单元定子绕组，转子旋转驱动外部机械负载。（2）发电机模式当电机单元由外部动力驱动，电机单元为发电机时，反重力励磁控制装置中的切换单元闭合，反重力励磁绕组与励磁单元分离，反重力励磁绕组回归到发电机的定子绕组中，成为定子绕组的一部分，定子绕组产生电能，输送给外部用电负荷。(3)反重力轴承模式当电机单元被外部动力驱动，定子绕组既不发电输出，也不输入外部电力；反重力励磁控制装置中的切换单元断开，励磁单元与反重力励磁绕组接通，反重力励磁绕组通入电流，而定子其他绕组无电流，即使电机转子处于被其他设备带动旋转状态，也能对转子产生持续的反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机转子的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零。有益效果：本专利技术创新：电机转变成反重力轴承在机械传动系统中，有时需要采用电动机和发动机驱动机械负荷，当只用发动机作驱动时，当电机被动空转，仅作传动轴和惯性飞轮时，由于转子重量较重，会产生一定的摩擦能耗，而由于在电机中采用反重力励磁绕组的结构，不仅不会增加摩擦力，反而还会减少整个系统的摩擦阻力。此时通过在电机定子中增加引出导线，在定子绕组上部中分离出一组或多组绕组，作为反重力励磁绕组，并对其单独通电，采用定子铁芯和转子铁芯，形成一个能将转子往上吸引的电磁铁结构，即使电机转子处于高速旋转，通过控制电流，使电磁吸引力大小也能让电机传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零。一般发动机、电机和机械负荷为卧式安装，而且在三者中的运动部件，电机转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，驱动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与机械负荷和驱动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。由于采用电机与发动机和机械负荷直接串联结构，此时整个电机不仅成了连接发动机与机械负荷的传动轴和飞轮，当连轴装置采用刚性连接时，还成为能支撑发动机和机械负荷自身传动轴的反重力轴承，因而将这种产生反重力效果整体命名为反重力轴承。电机变轴承，反重力励磁绕组结构看似很复杂，但其实并不需要在电机本体上再额外增加部件，轴承、转子和定子都是电机本身已有的，只是通过优化定子绕组，增加引出导线，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机成为一个庞大的反重力轴承，和一个更优质的零重力惯性飞轮，而成本却只有磁悬浮轴承的千分之几，这正是本专利技术巧妙之处。当电机需要作在电动机模式或发电机模式时，通过反重力控制模块中的切换单元，对反重力励磁绕组的引线进行切换，将反重力励磁绕组立即恢复到电动机或发电机的定子绕组中。综上所述，本专利技术的电机及电机控制方法易于实施，结构简单。操作灵活，能源采用率高，适合推广应用。附图说明图1为电机单元的总体结构示意图；图2为电动机运行在反重力轴承模式示意图；图3为电动机运行在电动机模式示意图；图4为发电机运行在反重力轴承模式示意图；图5为发电机运行在发电机模式示意图。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明：实施例1：参照图1、图2，电机单元为三相电动机，包括转子20、定子21、传动轴201和两个水平支撑轴承22，以及反重力模块包括励磁单元和切换单元，其输出端连接到位于电机定子绕组顶部的反重力励磁绕组211，其输入端连接外部电源。参照图2，外部三相电源与电机三相定子绕组断开，同时切换单元将反重力励磁绕组211与电机定子绕组分开，而与励磁单元接通，给反重力励磁绕组211输入电流，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，其特征在于，当所述电机处于水平布置时，位于所述转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组。

【技术特征摘要】
1.一种电机，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组，其特征在于，当所述电机处于水平布置时，位于所述转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组。2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述反重力励磁绕组为电机定子绕组的一部分，是通过在电机定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路。3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述的电机为发电机或电动机，或为复合型电机；所述复合型电机是指该电机既能作为发电机使用又能作为电动机使用。4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，反重力励磁绕组为电机定子中独立设置的绕组。5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，还包括反重力励磁控制装置，所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源，并控制对电机转...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢梦，徐红艳，童乙伦，童献文，
申请(专利权)人：湖南同能机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43