本发明专利技术公开了一种截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机，包括第一定、转子，第二定、转子，截头锥形实心圆柱；第一、第二定子每个齿极上对应套有第一、第二径向励磁绕组，这些绕组独立控制，且第一和第二定子每个齿极上串联轴向励磁绕组；两个定子的轴向内侧有一锥形外倒角结构；第一和第二转子齿极呈15°旋转机械角度差；第一、第二转子和截头锥形实心圆柱共用一根转轴，截头锥形实心圆柱与两个定子的外倒角之间存在气隙长度，当第一和第二径向励磁绕组导通电流时，第一和第二转子提供径向悬浮力，同时轴向励磁绕组导通，控制定子齿极中的磁通密度，使实心圆柱获得一组磁拉力，提取该组磁拉力中的轴向分量实现轴向悬浮控制，最终实现五自由度悬浮。
A kind of bearingless switched reluctance motor with tapered solid cylinder
【技术实现步骤摘要】
一种截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机
本专利技术涉及一种截头锥形实心柱式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
生产过程中离不开电机，随着压缩机，离心分子泵等透平机械应用领域的需求日益增加，对电机高速化的发展，既是机遇也是挑战。无轴承开关磁阻电机因其可实现可靠性运行，降低成本，增加功率密度，同时也克服了机械轴承在高速运行中磨损严重的问题，为其发展带来了机遇。常见的无轴承开关磁阻电机只能实现四自由度悬浮，但在透平机械中，轴向所受的承载力较大，对无轴承开关磁阻电机实现五自由度悬浮带来了挑战。现有解决五自由度悬浮无轴承开关磁阻电机的方案有外加轴向磁轴承以及配套控制器，虽然在功能上满足需求，但整个系统的体积和成本增加了，同时也带来了控制复杂的问题。因此，以效益最大化、体积最小化、功能多样化为目标，设计无轴承开关磁阻电机是研究热点和难点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机，该电机可实现高速五自由度悬浮，具有功率密度高、无转矩死区、电机体积小、成本低等特点。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种截头锥形实心柱式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、转轴、截头锥形实心圆柱；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、第一径向励磁绕组，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子、第二转子、第二径向励磁绕组；第一转子嵌套在第一定子内，第二转子嵌套在第二定子内，截头锥形实心圆柱设置于第一转子和第二转子之间，且第一转子、第二转子、截头锥形实心圆柱共用一根转轴；第一定子和第二定子的齿极数均为12，第一定子每个齿极上套有第一径向励磁绕组，第二定子每个齿极上套有第二径向励磁绕组，第一径向励磁绕组、第二径向励磁绕组均独立控制，第一定子每个齿极上套有第一轴向励磁绕组，且第一定子每个齿极上的第一轴向励磁绕组串联在一起，第二定子每个齿极上套有第二轴向励磁绕组，且第二定子每个齿极上的第二轴向励磁绕组串联在一起，第一轴向励磁绕组与第二轴向励磁绕组反向串联；第一定子的齿极和第二定子的齿极相对，第一定子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，第二定子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，且第一定子存在锥形外倒角结构的端面与第二定子存在锥形外倒角结构的端面相对；截头锥形实心圆柱的两侧端面均为锥形外倒角结构，第一定子的锥形外倒角与截头锥形实心圆柱左侧端面的锥形外倒角之间存在气隙，第二定子的锥形外倒角与截头锥形实心圆柱右侧端面的锥形外倒角之间存在气隙，截头锥形实心圆柱的左侧端面与第一转子的右侧端面之间无气隙，截头锥形实心圆柱的右侧端面与第二转子的左侧端面之间无气隙，即第一转子、第二转子、截头锥形实心圆柱一体加工成型；第一转子和第二转子的齿极数均为4，第一转子的齿极与第二转子的齿极错开15°机械角度。作为本专利技术的一种优选方案，所述第一定子的所有齿极位于同一侧的端面的锥形外倒角尺寸相等，第二定子的所有齿极位于同一侧的端面的锥形外倒角尺寸相等。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，所述第一定子的左侧端面与第一转子的左侧端面位于同一平面上，第二定子的右侧端面与第二转子的右侧端面位于同一平面上。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。2、本专利技术的电机结构，无需额外磁轴承，减少了轴向长度，提高了转子临界转速，使得电机的高速适应性强。3、本专利技术采用双电机结构，实现了电机两端径向悬浮，无转矩死区，增大了功率密度。4、本专利技术的截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机，生产成本低，加工材料便宜，轴向承载力大，功率密度高，结构可靠性高。附图说明图1是本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的三维结构示意图。图2是本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的转子三维结构示意图。图3是本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的定子三维结构示意图。图4是本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的俯视图。图5是本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的气隙磁通分布示意图。其中，1-第一定子，2-第一转子，3-第一径向励磁绕组，4-第二定子，5-第二转子，6-第二径向励磁绕组，7-转轴，8-截头锥形实心圆柱，9-第二轴向励磁绕组，10-第一轴向励磁绕组。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，为本专利技术提出的截头锥形实心柱式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、转轴7、截头锥形实心圆柱8；其中，第一无轴承开关磁阻电机包括第一定子1、第一转子2、第一径向励磁绕组3、第一轴向励磁绕组10，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子4、第二转子5、第二径向励磁绕组6、第二轴向励磁绕组9；第一转子2布置在第一定子1中，第二转子5布置在第二定子4中。如图2所示，为本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的转子三维结构示意图，截头锥形实心圆柱8位于第一转子2和第二转子5中间，且第一转子2、第二转子5、截头锥形实心圆柱8共用一根转轴7，第一转子2和第二转子5的齿极数均为4，截头锥形实心圆柱8轴向两侧均存在一个锥形外倒角的结构，角度分别是θ2和θ4，θ2和θ4可以相等，也可以不等。两个转子的齿极呈15°旋转机械角度差，以此来弥补转矩死区。根据图3截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的定子三维结构示意图，第一定子1和第二定子4的齿极数目均为12，第一定子1和第二定子4的齿极位置呈对应关系，两个定子的轴向内侧存在一个锥形外倒角的结构，角度分别是θ1和θ3，θ1和θ3可以相等，也可以不等；第一定子1每个齿极上套有一组第一径向励磁绕组3，第二定子4每个齿极上套有一组第二径向励磁绕组6，这些绕组分别独立控制，同时，第一定子1的每个齿极上串联一组第一轴向励磁绕组10，第二定子4的每个齿极上串联一组第二轴向励磁绕组9。如图4所示，为本专利技术截头锥形实心柱式无轴承开关磁阻电机的俯视图，在第一无轴承开关磁阻电机中，一共包括三相绕组，每本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种截头锥形实心柱式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、转轴(7)、截头锥形实心圆柱(8)；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(1)、第一转子(2)、第一径向励磁绕组(3)，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子(4)、第二转子(5)、第二径向励磁绕组(6)；第一转子(2)嵌套在第一定子(1)内，第二转子(5)嵌套在第二定子(4)内，截头锥形实心圆柱(8)设置于第一转子(2)和第二转子(5)之间，且第一转子(2)、第二转子(5)、截头锥形实心圆柱(8)共用一根转轴(7)；/n第一定子(1)和第二定子(4)的齿极数均为12，第一定子(1)每个齿极上套有第一径向励磁绕组(3)，第二定子(4)每个齿极上套有第二径向励磁绕组(6)，第一径向励磁绕组(3)、第二径向励磁绕组(6)均独立控制，第一定子(1)每个齿极上套有第一轴向励磁绕组(10)，且第一定子(1)每个齿极上的第一轴向励磁绕组(10)串联在一起，第二定子(4)每个齿极上套有第二轴向励磁绕组(9)，且第二定子(4)每个齿极上的第二轴向励磁绕组(9)串联在一起，第一轴向励磁绕组(10)与第二轴向励磁绕组(9)反向串联；/n第一定子(1)的齿极和第二定子(4)的齿极相对，第一定子(1)的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，第二定子(4)的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，且第一定子(1)存在锥形外倒角结构的端面与第二定子(4)存在锥形外倒角结构的端面相对；/n截头锥形实心圆柱(8)的两侧端面均为锥形外倒角结构，第一定子(1)的锥形外倒角与截头锥形实心圆柱(8)左侧端面的锥形外倒角之间存在气隙，第二定子(4)的锥形外倒角与截头锥形实心圆柱(8)右侧端面的锥形外倒角之间存在气隙，截头锥形实心圆柱(8)的左侧端面与第一转子(2)的右侧端面之间无气隙，截头锥形实心圆柱(8)的右侧端面与第二转子(5)的左侧端面之间无气隙，即第一转子(2)、第二转子(5)、截头锥形实心圆柱(8)一体加工成型；第一转子(2)和第二转子(5)的齿极数均为4，第一转子(2)的齿极与第二转子(5)的齿极错开15°机械角度。/n...
【技术特征摘要】
1.一种截头锥形实心柱式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、转轴(7)、截头锥形实心圆柱(8)；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(1)、第一转子(2)、第一径向励磁绕组(3)，第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子(4)、第二转子(5)、第二径向励磁绕组(6)；第一转子(2)嵌套在第一定子(1)内，第二转子(5)嵌套在第二定子(4)内，截头锥形实心圆柱(8)设置于第一转子(2)和第二转子(5)之间，且第一转子(2)、第二转子(5)、截头锥形实心圆柱(8)共用一根转轴(7)；
第一定子(1)和第二定子(4)的齿极数均为12，第一定子(1)每个齿极上套有第一径向励磁绕组(3)，第二定子(4)每个齿极上套有第二径向励磁绕组(6)，第一径向励磁绕组(3)、第二径向励磁绕组(6)均独立控制，第一定子(1)每个齿极上套有第一轴向励磁绕组(10)，且第一定子(1)每个齿极上的第一轴向励磁绕组(10)串联在一起，第二定子(4)每个齿极上套有第二轴向励磁绕组(9)，且第二定子(4)每个齿极上的第二轴向励磁绕组(9)串联在一起，第一轴向励磁绕组(10)与第二轴向励磁绕组(9)反向串联；
第一定子(1)的齿极和第二定子(4)的齿极相对，第一定子(1)的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，第二定子(4)的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，且第一定子(1)存在锥形外倒角结构的端面与第二定子(4)存在锥形外倒角结构的端面相对；
截头锥形实心圆柱(8)的两侧...
【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
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