[发明专利]一种双绕组模块化无轴承磁通切换永磁电机

说明书

技术领域

本发明涉及到电机制造的技术领域，且特别是关于一种转子坚固简单，绕组结构互补模块化的无轴承磁通切换永磁电机。

背景技术

无轴承电机是集旋转驱动和磁轴承功能于一体的新型电机，它不仅克服了磁轴承电机的诸多局限，还具有轴向利用率高、结构紧凑、可大幅度提高临界转速、同等轴长下可大幅度提高输出功率等优点。纵观国内外发表的文献，采用无轴承技术的电机类型主要有异步电机、磁阻电机和永磁同步电机（均指转子永磁式，下同）。无轴承异步电机以其结构简单、可靠性高、易于弱磁等特点成为研究最早的无轴承电机类型。但是，它突出的问题是其悬浮力控制和转矩控制耦合，转速容易被悬浮力控制干扰。无轴承开关磁阻电机结构简单，制造和维护方便，鲁棒性好，适用于高温等恶劣环境。但是，无轴承开关磁阻电机的功率密度和效率难以进一步提高。相比之下，无轴承永磁同步电机以其结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高和功率密度大等优势，在飞轮储能、各种高速机床主轴电机和密封泵类、离心机、压缩机、高速微型硬盘驱动装置等领域更具备实用化优势，被认为是最有应用前景的无轴承电机。然而，已经出现的采用传统转子永磁式结构的无轴承永磁同步电机具有一定的局限性：一方面，永磁体贴装于转子表面或内嵌于转子破坏了转子的整体性结构，而作为高速用电机，其转子通常都处于高速甚至超高速运行状态（数万转/分甚至数十万转/分），为防止电机高速运转时磁钢受到离心力的影响而甩落，在转子上都装有不锈钢或金属纤维材料制作的固定装置，导致其结构复杂，制造成本提高，等效气隙长，永磁体利用率降低；另一方面，永磁体位于转子，冷却条件差，散热困难，随着温度的上升，导致以钕铁硼（NdFeB）为主的永磁体性能下降，严重时甚至发生不可逆退磁，制约了电机性能的进一步提高，进而限制了无轴承转子永磁式电机在某些场合的应用。

针对普通转子永磁型电机的缺点，近20年陆续出现了几种新型的定子永磁型电机，即将永磁体置于定子，如双凸极永磁（doubly salient permanent magnet，DSPM）电机，磁通反向永磁（flux reversal permanent magnet，FRPM）电机和磁通切换永磁（flux-switching permanent magnet，FSPM）电机，该类型电机的共同特点就是电枢绕组和永磁磁钢都置于定子，而转子上既无绕组又无永磁体，结构简单、适合高速运行。相比较于DSPM和FRPM电机，FSPM电机拥有功率密度高、效率高、转矩输出能力大、带载能力强、无需斜槽即可获得高度正弦反电动势等特点，因而被认为是最有可能代替转子永磁型电机的一种结构。

综上，无轴承开关磁阻电机和无轴承转子永磁式电机，具有各自的弊端：前者虽然结构简单、可靠性高，但在效率、功率因数等方面不如永磁电机；后者虽然提高了电机的效率和功率因数，但永磁体置于电机转子，其散热和机械牢固性问题不容忽视。

发明内容

发明目的

为了克服现有技术存在的不足，本发明目的是在于提供一种永磁体置于定子的磁通切换型无轴承电机，该电机综合了无轴承电机和定子永磁式磁通切换电机的基本特性，使得电机具有较小的定位力矩、功率密度/效率高和容错性能好等优点。

技术方案

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：    

一种双绕组模块化无轴承磁通切换永磁电机，该电机包括转子铁心、定子铁心、永磁体、4m个电枢线圈和4m个悬浮线圈，所述m为电机的相数；定子铁心和转子铁心均为凸极结构，定子铁心由4m个E形铁心单元和4m个永磁体交替拼接而成，E形铁心单元中间凸出的齿为定子容错齿，所述永磁体设置于相邻两个E形铁心之间，且相邻永磁体充磁方向相反，永磁体的充磁方向为切向，所述相邻两个E形铁心的相邻凸出齿与E形铁心中间夹着的永磁体构成定子永磁齿；电枢线圈和悬浮线圈套装在定子永磁齿上，所述电机通过电枢线圈和悬浮线圈与永磁磁场的相互作用使电机同时具有旋转和悬浮能力。

作为本发明的进一步创新，所述转子为直槽或斜槽结构。

作为本发明的进一步创新，相邻两个永磁体采用交替充磁。

作为本发明的进一步创新，永磁体为钕铁硼。

作为本发明的进一步创新，同相E型模块中的电枢线圈相互串联在一起。

作为本发明的进一步创新，同相E型模块中的悬浮线圈相对立的两个串联在一起。

作为本发明的进一步创新，定子铁心为导磁材料制成。