一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机制造技术

本发明专利技术公开了一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机，包括转轴和两个电机，第一电机包括第一定、转子，第二电机包括第二定、转子。两个电机定子齿数均为12，每个定子齿极上绕有一绕组线圈，每个绕组线圈独立控制，两个电机定子齿极无旋转角度差；两个电机转子齿极有15°旋转角度差，可实现无转矩死区运行；两个电机转子齿数均为4，两个转子轴向一侧加工成锥形倒角，因此转子所受磁拉力呈三维分布，当转子运行到电感上升区时相绕组导通提供转矩与轴向悬浮力；当运行到电感上平顶区时相绕组导通提供径向和轴向悬浮力；通过控制绕组电流，实现转矩和五自由度悬浮控制。本发明专利技术电机结构简单，易于控制，成本低廉，无转矩死区，功率密度高，可靠性高。

A bearingless switched reluctance motor with five degrees of freedom suspension

【技术实现步骤摘要】
一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机
本专利技术涉及一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机，属于电机类的磁悬浮开关磁阻电机

技术介绍
随着工业的快速崛起，电机产业逐步往高速化和高功率密度化发展。开关磁阻电机具有结构简单，成本低廉，可靠性高等特点；但电机振动噪声严重，传统的机械轴承因其易磨损、振动剧烈，在高速开关磁阻电机领域的应用受阻；磁轴承技术的引入虽然可以解决上述问题，但也使得体积增大了，可靠性降低了，减小了功率密度。无轴承开关磁阻电机作为一种新型磁悬浮电机，利用同一套绕组，不仅可以实现电机的旋转，也能实现电机的悬浮；相较于传统磁悬浮电机，集成度更高，若要让电机实现五自由度悬浮，需要额外增加轴向磁轴承，这将使得电机生产成本增加，功率密度减小，同时使控制更加复杂。因此，不增加电机成本的基础上，既要满足电机旋转和径向悬浮，同时也要实现轴向悬浮，是目前的研究难点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机，具有五自由度悬浮功能，无转矩死区、功率密度高、可靠性好的特点。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机，包括第一无轴承开关磁阻电机、第二无轴承开关磁阻电机以及转轴；所述第一无轴承开关磁阻电机与第二无轴承开关磁阻电机的结构相同，第一无轴承开关磁阻电机包括第一定子、第一转子，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子、第二转子；第一转子设置在第一定子内部，第二转子设置在第二定子内部，第一转子和第二转子均套在转轴上，且第一转子和第二转子均为凸极圆柱结构，第一转子和第二转子的齿极数均为4，且第一转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第二转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第一转子的所有齿极另一侧端面与第二转子的所有齿极另一侧端面相对，第一转子的齿极与第二转子的齿极错开15°机械角度；第一定子和第二定子的齿极数均为12，且第一定子的齿极和第二定子的齿极相对，第一定子每个齿极上绕有一绕组线圈，第二定子每个齿极上绕有一绕组线圈，每个绕组线圈独立控制。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一定子和第二定子的齿宽相等。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一转子和第二转子的齿宽相等。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一无轴承开关磁阻电机包括三相绕组，每相绕组由四个绕组线圈组成，相邻两个绕组线圈相差90°，相邻两相绕组相差30°。作为本专利技术的一种优选方案，所述第二无轴承开关磁阻电机包括三相绕组，每相绕组由四个绕组线圈组成，相邻两个绕组线圈相差90°，相邻两相绕组相差30°。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第二转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，上述两个锥形倒角结构相同。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术采用双电机结构，实现了电机两端径向悬浮，系统整体无转矩死区，增大了功率密度。2、本专利技术的转子锥形倒角结构，在没有添加额外的轴向磁轴承的情况下，利用固有的绕组线圈，产生了轴向磁拉力，结合径向力实现了五自由度悬浮，降低了成本，提高了可靠性。附图说明图1是本专利技术五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的三维结构示意图。图2是本专利技术五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的转子三维结构示意图。图3是本专利技术五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的俯视图。图4是本专利技术五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机中第一电机的A相绕组悬浮励磁示意图。图5是本专利技术五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机中第二电机的B相绕组悬浮励磁示意图。图6是本专利技术五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机中第一电机的轴向气隙磁通分布示意图。其中，1-第一定子，2-第一转子，3-第一绕组线圈，4-第二定子，5-第二转子，6-第二绕组线圈，7-转轴。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术提出的五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机三维结构示意图，包括第一无轴承开关磁阻电机、第二无轴承开关磁阻电机以及转轴7，第一无轴承开关磁阻电机包括第一定子1、第一转子2、第一绕组线圈3，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子4、第二转子5、第二绕组线圈6。五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的第一转子2布置在第一定子1内，第二转子5布置在第二定子4内，第一转子2和第二转子5套在一根转轴7上。如图2所示，本专利技术提出的五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的转子三维结构示意图，第一转子2和第二转子5在轴向两侧端部均为锥形倒角的凸极圆柱结构；第一转子2和第二转子5的锥形倒角相等；第一转子2和第二转子5的锥形倒角的开口方向相反；第一定子1和第二定子4为凸极圆柱结构。根据图3五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的俯视图，五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机的第一转子2和第二转子5的齿极数均为4；第一定子1和第二定子4的齿极数均为12；第一转子2和第二转子5的齿宽相等；五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机第一定子1的每个定子齿极上绕有1个绕组线圈；第二定子4的每个定子齿极上绕有1个绕组线圈；第一定子1和第二定子4的齿宽相等；五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机第一转子2的齿极和第二转子5的齿极错开15°机械旋转角度；在第一电机中，每一相绕组由四个绕组线圈组成，相邻两个绕组线圈相差90°，4个绕组独立控制，一共包括三相绕组，分别是A相的A1_Ⅰ、A2_Ⅰ、A3_Ⅰ、A4_Ⅰ这四个绕组，B相的B1_Ⅰ、B2_Ⅰ、B3_Ⅰ、B4_Ⅰ这四个绕组，C相的C1_Ⅰ、C2_Ⅰ、C3_Ⅰ、C4_Ⅰ这四个绕组，相邻两相绕组相差30°；在第二电机中，每一相绕组由四个绕组线圈组成，相邻两个绕组线圈相差90°，4个绕组独立控制，一共包括三相绕组，分别是A相的A1_Ⅱ、A2_Ⅱ、A3_Ⅱ、A4_Ⅱ这四个绕组，B相的B1_Ⅱ、B2_Ⅱ、B3_Ⅱ、B4_Ⅱ这四个绕组，C相的C1_Ⅱ、C2_Ⅱ、C3_Ⅱ、C4_Ⅱ这四个绕组，相邻两相绕组相差30°。第一电机和第二电机的控制方法均可以采用电流斩波控制、单脉冲控制、PWM控制。结合图4和图5分别给出了第一电机的A相绕组悬浮励磁示意图和第二电机的B相绕组悬浮励磁示意图，根据图2中第一转子2和第二转子5错开的15°机械角度，此时第一电机中A相四个绕组A1_Ⅰ、A2_Ⅰ、A3_Ⅰ、A4_Ⅰ提供悬浮励磁电流，实现α1方向和β1方向两自由度悬浮，第二电机中B相的B1_Ⅱ、B2_Ⅱ、B3_Ⅱ、B4_Ⅱ这四个绕组提供悬浮励磁电机，实现α2方向和β2方向两自由度悬浮。根据图6第一电机的轴向气隙磁通分布示意图，可以看出锥形倒角处的磁拉力包含径向分量和轴向分量，电机Ⅱ也存在磁拉力的径向分量和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括第一无轴承开关磁阻电机、第二无轴承开关磁阻电机以及转轴；所述第一无轴承开关磁阻电机与第二无轴承开关磁阻电机的结构相同，第一无轴承开关磁阻电机包括第一定子、第一转子，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子、第二转子；第一转子设置在第一定子内部，第二转子设置在第二定子内部，第一转子和第二转子均套在转轴上，且第一转子和第二转子均为凸极圆柱结构，第一转子和第二转子的齿极数均为4，且第一转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第二转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第一转子的所有齿极另一侧端面与第二转子的所有齿极另一侧端面相对，第一转子的齿极与第二转子的齿极错开15°机械角度；第一定子和第二定子的齿极数均为12，且第一定子的齿极和第二定子的齿极相对，第一定子每个齿极上绕有一绕组线圈，第二定子每个齿极上绕有一绕组线圈，每个绕组线圈独立控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种五自由度悬浮的无轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括第一无轴承开关磁阻电机、第二无轴承开关磁阻电机以及转轴；所述第一无轴承开关磁阻电机与第二无轴承开关磁阻电机的结构相同，第一无轴承开关磁阻电机包括第一定子、第一转子，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子、第二转子；第一转子设置在第一定子内部，第二转子设置在第二定子内部，第一转子和第二转子均套在转轴上，且第一转子和第二转子均为凸极圆柱结构，第一转子和第二转子的齿极数均为4，且第一转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第二转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形倒角结构，第一转子的所有齿极另一侧端面与第二转子的所有齿极另一侧端面相对，第一转子的齿极与第二转子的齿极错开15°机械角度；第一定子和第二定子的齿极数均为12，且第一定子的齿极和第二定子的齿极相对，第一定子每个齿极上绕有一绕组线圈，第二定子每个齿极上绕有一绕组线圈，每个绕组线圈独立控制。


2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽林，曹鑫，邓智泉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32