【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机，特别是涉及一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机。
技术介绍
1、开关磁阻电机转子既无永磁体，也无绕组，结构简单坚固，机械强度大，能承受巨大的离心力，非常适合应用于高速、超高速驱动领域。然而，传统的开关磁阻电机转轴由机械轴承支承，当电机高速运行时，机械轴承存在摩擦、发热、腐蚀等一系列问题，导致其使用寿命短，必须定期对其进行维护保养。为解决这一问题，可采用磁轴承。磁轴承具有无接触、无磨损、高速度、长寿命和易于实现主动控制等一系列优良特性，已被广泛应用于高速电机领域。然而，磁轴承在电机中仅起到悬浮支承作用，不产生任何转矩，而且它的存在增加了电机轴向长度，致使转子临界转速降低，从而导致电机的输出功率密度难以进一步提高。
2、为解决上述问题，学者们提出了无轴承技术，即在电机定子齿上额外增加一套悬浮绕组来控制转子的悬浮。无轴承开关磁阻电机实现了开关磁阻电机和无轴承技术的结合，具有开关磁阻电机和无轴承技术的双重优势，在航天航空、飞轮储能、电动汽车等领域具有广阔应用前景。无轴承开关磁阻电机结构被国内外学者进行了多次改善优化，性能越来越好，但目前大多数无轴承开关磁阻电机无法独立实现电机转子的五自由度悬浮，为实现电机转子的五自由度悬浮，其必须与轴向磁轴承配合运行，这不仅增大了系统损耗，降低了系统效率，而且限制了转子临界转速。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，从电机本体上实现转子的五自由度悬浮，解决传统无轴承开
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，包括柱形定子、锥形定子、柱形转子组件、锥形转子、转矩绕组和悬浮绕组，柱形定子设置在两个锥形定子之间，柱形转子组件设置在两个锥形转子之间，柱形转子组件设置在柱形定子的中部，锥形转子设置在锥形定子的中部；
3、柱形定子包括转矩极一和柱形定子轭，转矩极一设置在柱形定子轭的圆周内侧，锥形定子圆周内侧轴向呈圆锥形分布，锥形定子包括转矩极二、悬浮力极和锥形定子轭，转矩极二、悬浮力极交替设置在锥形定子轭的圆周内侧，悬浮力极中部内嵌有永磁体，悬浮力极上位于永磁体的两侧设有开槽，转矩极一和两侧的转矩极二轴向叠加组合为定子齿，定子齿上缠绕有转矩绕组，悬浮力极上缠绕有悬浮绕组。
4、优选的，柱形定子为八极凸极结构，柱形定子包括八个转矩极一，八个转矩极一同心设置，每两个转矩极一为一组间隔均匀分布。
5、优选的，锥形定子为十二极混合定子极结构，锥形定子包括四个悬浮力极和八个转矩极二，四个悬浮力极等间距相间设置，相邻两个悬浮力极之间均设置有两个均匀分布的转矩极二，悬浮力极的宽度为转矩极二宽度的二倍。
6、优选的，柱形转子组件包括柱形转子一和柱形转子二，柱形转子一和柱形转子二均为十四极柱形凸极转子结构，柱形转子一包括柱形转子轭一和设置在柱形转子轭一圆周外侧的柱形转子齿一，柱形转子二包括柱形转子轭二和设置在柱形转子轭二圆周外侧的柱形转子齿二，柱形转子一平行设置在两个柱形转子二之间，柱形转子齿一与柱形转子齿二轴向叠加，柱形转子轭一与柱形转子轭二轴向叠加。
7、优选的，柱形转子齿一的极弧宽度大于柱形转子齿二的极弧宽度，柱形转子齿一的一侧边与柱形转子齿二的一侧边平齐，柱形转子齿一的另一侧边凸出于柱形转子齿二的另一侧边。
8、优选的，锥形转子为十四极锥形凸极结构，锥形转子的圆周外侧轴向呈圆锥形结构，锥形转子包括锥形转子轭和设置在锥形转子轭圆周外侧的锥形转子齿，锥形转子轭与柱形转子轭一和柱形转子轭二轴向叠加，锥形转子齿与柱形转子齿一与柱形转子齿二轴向叠加。
9、优选的，转矩绕组和悬浮绕组均采用脉冲供电方式。
10、优选的，转矩绕组为集中式绕组，包括a、b两相，每相绕组均由相邻两个悬浮力极之间的相邻两个定子齿上的转矩线圈先串联，再与沿中心轴径向相对设置的定子齿上串联后的转矩线圈并联而成，转矩线圈在相邻两个悬浮力极之间的相邻两个定子齿上缠绕的匝数相等、绕向相反。
11、优选的，悬浮绕组分别缠绕在每个悬浮力极上，包括x轴悬浮绕组和y轴悬浮绕组，x轴悬浮绕组包括x正方向和x负方向的悬浮线圈，x轴悬浮线圈在每个悬浮力极上缠绕的匝数、绕向相同；y轴悬浮绕组包括y正方向和y负方向的悬浮线圈，y轴每个悬浮极上的悬浮线圈匝数与x轴每个悬浮极上的悬浮线圈匝数相同，y轴悬浮线圈的连接方式与x轴悬浮线圈相同，y轴悬浮线圈的绕向与x轴悬浮线圈的绕向相反。
12、本专利技术的有益效果：
13、(1)通过将锥形定子的圆周内侧和锥形转子的圆周外侧设置相匹配的圆锥结构，使产生的电磁力可以分解为径向电磁力和轴向电磁力，从而使电机既能实现转子的径向悬浮，又能实现转子的轴向悬浮，解决了传统无轴承开关磁阻电机无法独立实现转子的五自由度悬浮问题；
14、(2)通过增加柱形转子开关磁阻电机结构，使电机的轴向空间利用率得到进一步提高，进而增加了电机的转矩和输出功率密度；
15、(3)通过在柱形转子的柱形转子齿一侧增加一段不对称极弧，拓宽了正转矩的宽度，进而增加了电机的启动转矩，降低了转矩脉动，并使电机能够在任意转子位置下自启动；
16、(4)通过在每个悬浮力极内嵌放永磁体来产生偏置磁场，电机可使用较小的控制电流便可产生较大的悬浮力，而且悬浮力的大小与控制电流线性相关，从而提升了电机电流刚度、减小了悬浮绕组损耗，降低了悬浮控制难度。
17、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：包括柱形定子、锥形定子、柱形转子组件、锥形转子、转矩绕组和悬浮绕组，柱形定子设置在两个锥形定子之间，柱形转子组件设置在两个锥形转子之间，柱形转子组件设置在柱形定子的中部，锥形转子设置在锥形定子的中部；
2.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：柱形定子为八极凸极结构，柱形定子包括八个转矩极一，八个转矩极一同心设置，每两个转矩极一为一组间隔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：锥形定子为十二极混合定子极结构，锥形定子包括四个悬浮力极和八个转矩极二，四个悬浮力极等间距相间设置，相邻两个悬浮力极之间均设置有两个均匀分布的转矩极二，悬浮力极的宽度为转矩极二宽度的二倍。
4.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：柱形转子组件包括柱形转子一和柱形转子二，柱形转子一和柱形转子二均为十四极柱形凸极转子结构，柱形转子一包括柱形转子轭一和设置在柱形转子轭一圆周外侧的柱形
5.根据权利要求4所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：柱形转子齿一的极弧宽度大于柱形转子齿二的极弧宽度，柱形转子齿一的一侧边与柱形转子齿二的一侧边平齐，柱形转子齿一的另一侧边凸出于柱形转子齿二的另一侧边。
6.根据权利要求4所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：锥形转子为十四极锥形凸极结构，锥形转子的圆周外侧轴向呈圆锥形结构，锥形转子包括锥形转子轭和设置在锥形转子轭圆周外侧的锥形转子齿，锥形转子轭与柱形转子轭一和柱形转子轭二轴向叠加，锥形转子齿与柱形转子齿一与柱形转子齿二轴向叠加。
7.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：转矩绕组和悬浮绕组均采用脉冲供电方式。
8.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：转矩绕组为集中式绕组，包括A、B两相，每相绕组均由相邻两个悬浮力极之间的相邻两个定子齿上的转矩线圈先串联，再与沿中心轴径向相对设置的定子齿上串联后的转矩线圈并联而成，转矩线圈在相邻两个悬浮力极之间的相邻两个定子齿上缠绕的匝数相等、绕向相反。
9.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：悬浮绕组分别缠绕在每一个悬浮力极上，包括x轴悬浮绕组和y轴悬浮绕组，x轴悬浮绕组包括x正方向和x负方向的悬浮线圈，x轴悬浮线圈在每个悬浮力极上缠绕的匝数、绕向相同；y轴悬浮绕组包括y正方向和y负方向的悬浮线圈，y轴每个悬浮极上的悬浮线圈匝数与x轴每个悬浮极上的悬浮线圈匝数相同，y轴悬浮线圈的连接方式与x轴悬浮线圈相同，y轴悬浮线圈的绕向与x轴悬浮线圈的绕向相反。
...【技术特征摘要】
1.一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：包括柱形定子、锥形定子、柱形转子组件、锥形转子、转矩绕组和悬浮绕组，柱形定子设置在两个锥形定子之间，柱形转子组件设置在两个锥形转子之间，柱形转子组件设置在柱形定子的中部，锥形转子设置在锥形定子的中部；
2.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：柱形定子为八极凸极结构，柱形定子包括八个转矩极一，八个转矩极一同心设置，每两个转矩极一为一组间隔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：锥形定子为十二极混合定子极结构，锥形定子包括四个悬浮力极和八个转矩极二，四个悬浮力极等间距相间设置，相邻两个悬浮力极之间均设置有两个均匀分布的转矩极二，悬浮力极的宽度为转矩极二宽度的二倍。
4.根据权利要求1所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：柱形转子组件包括柱形转子一和柱形转子二，柱形转子一和柱形转子二均为十四极柱形凸极转子结构，柱形转子一包括柱形转子轭一和设置在柱形转子轭一圆周外侧的柱形转子齿一，柱形转子二包括柱形转子轭二和设置在柱形转子轭二圆周外侧的柱形转子齿二，柱形转子一平行设置在两个柱形转子二之间，柱形转子齿一与柱形转子齿二轴向叠加，柱形转子轭一与柱形转子轭二轴向叠加。
5.根据权利要求4所述的一种永磁偏置式柱锥混合转子无轴承开关磁阻电机，其特征在于：柱形转子齿一的极弧宽度大于柱形转子齿二的极弧宽度，柱形转子齿...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐振耀，黄诚，张岳，金石，于思洋，贾广隆，易铁航，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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