一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机制造技术

本实用新型专利技术是一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机，包括定子、定子套筒、转子、转子套筒、飞轮，定子和转子沿轴向分成A相、B相和C相三部分，每相邻相之间装有轴向充磁永磁体，A相、B相和C相转子铁心内侧分别等间隔设有12个转子极，A相转子极、B相转子极和C转子极沿圆周方向依次错开1/3个转子极距，通过导通和关断角设置实现自启动，A相和C相定子铁心分别设有8个窄齿转矩极和4个宽齿悬浮极，B相定子设有12个等宽转矩极，转矩极和悬浮极上分别绕有控制线圈。本实用新型专利技术实现自启动和四自由度悬浮，达到降低转矩脉动和增强转矩出力的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机
本技术属于磁悬浮电机的
，具体的说是涉及一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机。
技术介绍
随着新能源发电、分布式电源系统、混合动力车辆、航空航天等领域的发展，储能技术已然成为全球性的研究热点。在诸多储能技术中，飞轮储能因效率高、功率大、寿命长、储能密度大、无污染等优点受到国内外的高度重视。然而，飞轮储能仍存在诸多技术难题，其中包括悬浮支承系统的实现问题：为降低悬浮支承损耗，飞轮储能中一般采用多个磁悬浮轴承，这势必会增加飞轮转子轴向长度，从而降低其临界转速，同时也增加飞轮电池结构复杂度。磁悬浮电机集悬浮支承系统与驱动电机于一体，其作为飞轮储能的核心部件时，能很大程度缩短飞轮转子轴向长度，便于实现高速/超高速运行，提升系统的比能量与比功率，开关磁阻电机具备调速范围宽、效率平台宽、以及结构简单可靠、机械强度大等优点，适合高速、超高速运行的飞轮，且这些优点与磁悬浮电机技术结合，形成磁悬浮开关磁阻电机(bearinglessswitchedreluctancemotors，BSRM)，还进一步消除机械轴承带来的摩擦损耗，具有无磨损、体积小、功耗低和轴向利用率高的优点，同时还能有效削弱振动幅度以及系统噪音，提高了系统运行可靠性与使用寿命，这使其在飞轮储能领域的潜在应用价值尤为突出。但纵观国内外，目前BSRM在飞轮储能中的实际工程应用普及程度并不高，究其原因主要是电机内部绕组-磁路-电磁力均存在复杂的电磁强耦合关系，电机分析与高速控制难度大，这已经成为制约该项技术进入工程应用的主要瓶颈。近年来，部分学者尝试从电机结构的角度减弱电磁耦合性，提出了双定子、混合转子、混合定子以及永磁偏置等多种结构，这些结构的提出一定层度上克服了电磁耦合问题，但还存在诸多不足，如双定子结构不易于电机和飞轮集成化设计；混合转子结构轴向长度依然较长，飞轮临界转速受限；混合定子以及永磁偏置结构，悬浮极占据较多的空间，电机输出转矩和功率受限，不利于飞轮快速充放电运行。为此，专利技术专利“201610864124.3”专利技术了一种轴向分相内定子永磁偏置磁悬浮开关磁阻飞轮电机，该电机通过轴向分相设计实现四自由度悬浮支承，且采用永磁体提供偏置磁通，降低悬浮支承损耗，提升系统效率与功率密度，但是专利技术所提优化结构是两相结构，不具备自启动性能，且输出转矩密度较低、转矩脉动较大，影响飞轮充放电运行性能。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提出一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机，进一步提高输出转矩、降低转矩脉动并实现自启动。为了达到上述目的，本技术是通过以下技术方案实现的：本技术是一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机，包括定子、定子套筒、转子、转子套筒、飞轮，转子铁心、转子套筒与飞轮由内而外同心嵌套成一个整体，定子铁心与定子套筒同心嵌套安装在固定轴上，定子和转子沿轴向分成A相、B相和C相三部分，每相邻相之间装有轴向充磁永磁体，A相、B相和C相转子铁心内侧分别等间隔设有12个转子极，A相转子极、B相转子极和C转子极沿圆周方向依次错开1/3个转子极距，通过导通和关断角设置实现自启动，A相和C相定子铁心分别设有8个窄齿转矩极和4个宽齿悬浮极，B相定子设有12个等宽转矩极，转矩极和悬浮极上分别绕有控制线圈，A相转矩极上的控制线圈串联构成A相转矩绕组，C相转矩极上的控制线圈串联构成C相转矩绕组，A相、C相正对两个悬浮极上的控制线圈串联构成正交方向两套悬浮绕组，B相12个转矩极上的控制线圈串联构成B相转矩绕组。本技术的进一步改进在于：转矩极和悬浮极选用极靴齿，悬浮极的极靴宽度等于转子极距，转矩极的极靴宽度等于1/2转子极距。本技术的进一步改进在于：转矩极和悬浮极设有隔磁部件。本技术的进一步改进在于：B相转矩极与定子套筒之间设有隔磁环。本技术的进一步改进在于：A相和B相之间为第一永磁体，B相与C相之间为第二永磁体，永磁磁路为第一永磁体的N极→A相定子套筒→A相定子铁心→A相气隙→A相转子铁心→转子套筒→C相转子铁心→C相气隙→C相定子铁心→C相定子套筒→第二永磁体的S极→第二永磁体的N极→B相定子套筒→第一永磁体的S极。本技术的有益效果是：（1）本技术采用轴向分相A、B、C三相结构，每相转子极沿圆周方向依次错开1/3个转子极距，通过导通和关断角设置可实现电机自启动；（2）本技术A、C两相定子分设悬浮极和转矩极，实现能量转换的同时，达到飞轮转子径向四自由度悬浮运行；（3）本技术B相定子铁心上12个定子极全部为转矩极，大幅增强了电机转矩出力和功率密度，且降低转矩脉动；（4）本技术B相转矩极与定子套筒间设有隔磁环，从结构上实现径向四自由度悬浮磁路与三相转矩控制磁路的解耦，大幅降低了悬浮和转矩控制难度。本技术将定转子沿轴向分成A、B、C三相，且A、C两相分设悬浮极和转矩极、B相定子铁心等间隔设有12个等宽转矩极，实现自启动和四自由度悬浮，达到降低转矩脉动和增强转矩出力的效果。附图说明图1是本技术电机结构轴向截面示意图。图2是本技术电机结构A相径向截面示意图。图3是本技术电机结构B相径向截面示意图。图4是本技术电机结构C相径向截面示意图。图5是本技术绕组A相连接示意图。图6是本技术绕组B相连接示意图。图7是本技术电机永磁磁路和悬浮绕组控制磁路示意图。其中：1-第一永磁体，2-定子，3-转子套筒，4-隔磁环，5-转子，6-飞轮，7-定子套筒，8-第二永磁体，201-悬浮极，202-转矩极，203-隔磁部件，204-A相悬浮绕组，205-A相转矩绕组，206-悬浮绕组控制磁路，207-转矩绕组控制磁路，208-永磁磁路，209-B相转矩绕组，501-转子极距，502-转子极。具体实施方式为了加深对本技术的理解，下面将结合附图和实施例对本技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本技术，并不对本技术的保护范围构成限定。如图1-7所示，本技术是一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机，包括定子2、定子套筒7、转子5、转子套筒3、飞轮6，转子铁心、转子套筒3与飞轮6由内而外同心嵌套成一个整体，定子铁心与定子套筒7同心嵌套安装在固定轴上，所述定子2和转子5沿轴向分成A相、B相和C相三部分，每相邻相之间装有轴向充磁永磁体，所述A相、所述B相和所述C相转子铁心内侧分别等间隔设有12个转子极502，所述A相转子极502、所述B相转子极502和所述C转子极502沿圆周方向依次错开1/3个转子极距501，通过导通和关断角设置实现自启动，所述A相和所述C相定子铁心分别设有8个窄齿转矩极202和4个宽齿悬浮极201，所述A相和所述C相的四个悬浮极201之间等间隔设置8个转矩极202,每相内定子铁心之间装有永磁环，采用轴向充磁，为A相、C相八个悬浮极提供偏置磁通，所述B相定子设有12个等宽转矩极202，每相转子铁心内侧等间隔设有12个转子极，且沿圆周方向依次错开1/3个转子极距，实现了自启动，同时因B相转矩极的增加，有效增强转矩出力，并降低转矩脉动，所述B相转矩极202与定子套筒7之间设有隔磁环4，从结构上实现悬浮控制磁路与转矩控制磁路的自然解耦，有效提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机，包括定子（2）、定子套筒（7）、转子（5）、转子套筒（3）、飞轮（6），转子铁心、转子套筒（3）与飞轮（6）由内而外同心嵌套成一个整体，定子铁心与定子套筒（7）同心嵌套安装在固定轴上，其特征在于：所述定子（2）和转子（5）沿轴向分成A相、B相和C相三部分，每相邻相之间装有轴向充磁永磁体，所述A相、所述B相和所述C相转子铁心内侧分别等间隔设有12个转子极（502），所述A相转子极（502）、所述B相转子极（502）和所述C转子极（502）沿圆周方向依次错开 1/3 个转子极距（501），通过导通和关断角设置实现自启动，所述A相和所述C相定子铁心分别设有8个窄齿转矩极（202）和4个宽齿悬浮极（201），所述B相定子设有12个等宽转矩极（202），所述转矩极（202）和所述悬浮极（201）上分别绕有控制线圈，所述A相转矩极上的控制线圈串联构成A相转矩绕组，所述C相转矩极上的控制线圈串联构成C相转矩绕组，所述A相、C相正对两个悬浮极（201）上的控制线圈串联构成正交方向两套悬浮绕组，B相12个所述转矩极（202）上的控制线圈串联构成B相转矩绕组。

【技术特征摘要】
1.一种三相四自由度轴向分相磁悬浮飞轮电机，包括定子（2）、定子套筒（7）、转子（5）、转子套筒（3）、飞轮（6），转子铁心、转子套筒（3）与飞轮（6）由内而外同心嵌套成一个整体，定子铁心与定子套筒（7）同心嵌套安装在固定轴上，其特征在于：所述定子（2）和转子（5）沿轴向分成A相、B相和C相三部分，每相邻相之间装有轴向充磁永磁体，所述A相、所述B相和所述C相转子铁心内侧分别等间隔设有12个转子极（502），所述A相转子极（502）、所述B相转子极（502）和所述C转子极（502）沿圆周方向依次错开1/3个转子极距（501），通过导通和关断角设置实现自启动，所述A相和所述C相定子铁心分别设有8个窄齿转矩极（202）和4个宽齿悬浮极（201），所述B相定子设有12个等宽转矩极（202），所述转矩极（202）和所述悬浮极（201）上分别绕有控制线圈，所述A相转矩极上的控制线圈串联构成A相转矩绕组，所述C相转矩极上的控制线圈串联构成C相转矩绕组，所述A相、C相正对两个悬浮极（201）上的控制线圈串联构成正交方向两套悬浮绕组，B相12个所述转矩极（202...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志莹，朱金，郭璇，姚郅勋，李浩伟，朱戈乐，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32