[发明专利]一种电动车飞轮电池用五自由度轴向磁通无轴承电机

说明书

技术领域

本发明涉及到飞轮电池、电机、磁悬浮技术、薄片电机等领域，具体是一种无轴承电机，主要适用于高速、空间紧凑的智能电动车飞轮电池。

背景技术

智能电动汽车与传统汽车相比，智能化程度高、清洁且使用的能源为可再生的电能，电动汽车采用飞轮电池能够有效克服使用化学电池寿命短、对环境有污染等缺点，飞轮电池在工作过程中转速可以达到数万甚至数十万转。

无轴承电机是一种结合磁轴承与电机功能于一体的一种新型电机，在结构上与传统电机相比内部除了有一套用来产生转矩的绕组外，还有一套用来产生悬浮力的绕组，通过调节两套绕组的电流大小以及相位可以实现电机转子旋转的同时能够产生悬浮力，它在正常工作时不需要径向轴承支撑，也就无机械磨损以及由此引起的发热等问题。因此，无轴承电机非常适合飞轮电池、航空航天等需要高速甚至超高速运行的领域。

目前用在电动车飞轮电池上的无轴承电机，主要由定子、转子以及极对数相差一的转矩绕组与悬浮力绕组构成，通过控制两套绕组内的电流产生两组不同的磁场，从而同时实现转子的自悬浮与旋转。但是这种无轴承电机存在几点不足之处：一般无轴承电机只能产生径向力，只能限制水平与垂直方向上的两个自由度，因此必须在飞轮电池内增加一套轴向支撑系统，这势必会增加飞轮电池的轴向长度且降低整个系统的效率。这种无轴承电机中的两套绕组必须满足极对数相差一的要求，这给无轴承电机设计带来了很大的约束。这种无轴承电机中的两套绕组的电流相位之间的关系对悬浮力有很大的影响，因此导致电机的控制系统较为复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有电动车飞轮电池用无轴承电机的不足，提出了一种能够同时产生可调径向力和轴向力、设计灵活、控制简单的五自由度轴向磁通无轴承电机。

本发明一种电动车飞轮电池用五自由度轴向磁通无轴承电机采用的技术方案是：包括定子和转子，转子同轴位于定子内部，定子沿轴向上设有三排齿，转子沿轴向上也设有三排齿，定子的每排齿沿电机旋转的圆周方向上均匀分布有8个定子齿，转子的每排齿沿电机旋转的圆周方向上均匀分布有6个转子齿；转子的三排齿与定子的三排齿在轴向上一一对应，转子的三排齿轴向厚度与定子的三排齿轴向厚度分别对应地相等，转子齿的齿宽和定子齿的极靴宽度相等；定子的第一排齿和第三排齿的定子齿上均绕有调节绕组，在靠近定子的第二排齿的齿根位置嵌有径向充磁的永磁体，永磁体的N极靠近转子，在第二排齿的定子齿上绕有转矩绕组。

进一步地，定子的第一排齿和第三排齿上的调节绕组分别由4组线圈组成，4组线圈两两对称布置，每两组线圈之间间隔一个定子齿；转矩绕组为四相两极绕组。

本发明的有益效果是：

1、本发明电机两端的调节绕组内的电流可以单独调节，调节绕组产生的磁场和永磁体与转矩绕组产生的磁场相叠加产生不对称的气隙磁场，从而产生沿径向和轴向的悬浮力，能够同时产生可调的径向力和轴向力，调节两端调节绕组内的电流可以控制电机转轴的摆动与轴向移动，可以限制除电机沿轴线旋转以外的其他五个自由度，不需要额外的轴向支撑系统，因此结构简单紧凑、轴向长度小、体积小，效率高，大大简化了飞轮电池的内部结构。

2、调节绕组线圈内的电流可以独立控制，因此调节绕组与转矩绕组之间不必受限于传统无轴承电机两套绕组极对数相差一条件，也无需满足两套绕组内电流相位角的关系，因此具有控制简单、调节响应速度高，响应迅速的优点。

附图说明

图1是本发明一种电动车飞轮电池用五自由度轴向磁通无轴承电机的主视图。

图2是本发明一种智能电动车飞轮电池用五自由度轴向磁通无轴承电机的左视图。

图3是图1中定子的左端第一排齿上的调节绕组分布图；

图4是图1中定子的右端第三排齿上的调节绕组分布图；

图5是图1中定子的中间第三排齿上的转矩绕组分布图；

图6是本发明工作原理示意图；

图中标号及名称为：1、定子；2、调节绕组；3、转子；4、永磁体；5、转矩绕组；6、转矩绕组与永磁体产生的磁场；7、调节绕组产生的磁场。

具体实施方式