[实用新型]永磁辅助式无轴承同步磁阻电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多变量、非线性、强耦合的无轴承同步磁阻电机，属于电机制造及控制领域，应用于高速电力传动场合、机床电主轴、生物工程、有毒物质传输和半导体制造等工业领域及航空航天等军事领域。

背景技术

无轴承同步磁阻电机的定子转矩绕组中叠入极对数相差1的悬浮力绕组，控制这两套绕组可同时产生电磁转矩和径向悬浮力。因此，无轴承同步磁阻电机兼备磁轴承与同步磁阻电机的优点，能够最大限度地利用磁阻转矩。凸极式转子无轴承同步磁阻电机具有结构简单、造价低廉、易实现高速或超高速运行等优势，但凸极式转子无轴承同步磁阻电机的凸极比（交轴电感与直轴电感之比）较低，造成电机功率因数、转矩密度和效率偏低，限制了其使用范围。无轴承同步磁阻电机是多层磁障式转子，凸极比虽高，但转矩密度偏低。在无轴承同步磁阻电机的磁障转子中注入永磁体形成的新型永磁辅助式无轴承同步磁阻电机，具有功率因数、转矩密度和效率均较高的优点，并且具备较宽的弱磁调速能力，进一步拓宽了无轴承同步磁阻电机的应用范围。

中国专利申请号为CN201080041649.8的文献中公开了一种永磁辅助式同步磁阻电机，其磁障结构并没有使得磁阻转矩最大化；转子中未设置永磁体安装槽，高速运行时永磁体可能发生脱落，从而引发电机故障；磁障内嵌入高剩磁的钕铁硼永磁材料是不可再生资源，价格昂贵，嵌入同步磁阻电机中的性价比极差，这是由于永磁体所嵌位置与气隙具有较大的距离，永磁体磁能进入气隙的过程具有较多的障碍，将致使永磁体的利用率较低。中国专利申请号为CN201410243253.1和CN201410243245.7的文献中公开了两种永磁辅助同步磁阻电机，永磁体仍使用高剩磁的钕铁硼永磁材料，并且永磁体体积较大，规格较多，仅有第一层永磁体与气隙直接接触可输出一定的有效磁能，其余永磁体的利用率较低。这种结构的转矩密度略高于内置式永磁电机，但电机成本大幅提高，性价比较低，不宜推广应用。中国专利申请号为CN201210056204.8和CN201210056244.2的文献中公开了两种永磁辅助同步磁阻电机，磁障内嵌入的是圆弧形铁氧体永磁，其价格低廉，但铁氧体材料较脆，只能进行切片或者轻微的磨加工，因此圆弧形铁氧体永磁加工成本较高，生产工艺较繁琐。

因此，在选择合适的永磁体材料及结构的同时，如何获得高转矩密度、高功率密度的无轴承同步磁阻电机已成为当前无轴承同步磁阻电机进一步发展的关键问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决传统无轴承同步磁阻电机凸极比偏低导致的电机功率因数低、转矩密度偏低的问题而提出一种高凸极比、高功率因数和转矩密度的永磁辅助式无轴承同步磁阻电机。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括定子、转子和转轴，转子同轴位于定子内部且同轴套在转轴外，定子内壁和转子外壁之间具有径向气隙，在转子内部沿圆周向方向均匀设置有四组磁障体，每组磁障体均由沿径向间隔布置的圆弧形的内层磁障和外层磁障组成，每个内层磁障和外层磁障的中间段都设有一个永磁体安装槽，每个永磁体安装槽中嵌有一块永磁体，内层磁障、外层磁障和永磁体均沿电机d轴对称分布；定子上外层绕有转矩绕组，内层绕有悬浮力绕组；相邻两组磁障体中的永磁体的充磁方向相反，同一组磁障体中的永磁体的充磁方向相同，永磁体靠近气隙端为N极，靠近转轴端为S极。

进一步地，定子由定子齿、定子槽和定子轭组成，相邻两个定子齿之间形成定子槽，设有24个定子槽，内转矩绕组和悬浮力绕组安放在定子槽内；定子齿径向横截面为T型，T型的顶部靠近转子，T型的底部与定子轭连为一体，定子轭的径向宽度为t₁，定子齿的中心处齿宽为t₂，t₁=2~3t₂；

更一步地，悬浮力绕组和转矩转矩绕组分别由两个三相逆变器驱动，悬浮力绕组是每极每相槽数为4的分布式绕组，相邻的每四个槽为一相的进线端或出线端；转矩绕组是每极每相槽数为2的分布式绕组，相邻的每两个槽为一相的进线端或出线端。