[实用新型]一种磁悬浮磁通切换电机

说明书

技术领域

本实用新型属于磁通切换电机领域，具体涉及一种磁悬浮磁通切换电机。

背景技术

无轴承永磁电机具有功率密度高、集成度高、无机械磨损的优点，广泛应用到医疗器械、磁悬浮风扇、风力发电等领域。

然而传统的无轴承永磁同步电机的永磁体位于转子，受离心力且存在退磁危险。因此，无轴承磁通切换电机是目前的一个研究热点。由于永磁体放置在定子上，其散热条件良好，不受离心力，且无退磁危险。

然而磁通切换电机的气隙磁密谐波含量丰富，给电机悬浮力和转矩的解耦控制带来了困难。

文献《CN105226893A一种转子轴向交错式无轴承磁通切换电机》公开了一种转子轴向交错式无轴承磁通切换电机，针对一般无轴承磁通切换电机悬浮力控制复杂的问题而做的优化和改进，该电机转子在轴向分成两段，两段转子互错了 180°的电角度后并联成为一个整体，同时电机定子也需在轴向分为两层，两层除了永磁体充磁方向相反以外并无其他差异。该结构利用磁通切换电机的悬浮绕组的互补特性，消除了单相悬浮绕组通电以后悬浮力切向分量的直流偏置，大大简化了控制的难度，实现了恒定悬浮力时悬浮绕组电流的正弦化。

然而，该电机仍然存在以下三个主要缺点：

(1)电机的悬浮磁场与转矩磁场在磁路上存在耦合，悬浮力控制与转矩控制存在耦合；

(2)该电机是一个复杂的三维结构，两部分之间必须设置较大的空隙来防止永磁体的短路，大大降低了系统的功率密度。

(3)悬浮控制需要知道转子的位置信息。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种磁悬浮磁通切换电机，解决了现有无轴承磁通切换电机悬浮磁场与转矩磁场存在耦合、电机结构复杂的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种磁悬浮磁通切换电机，所述电机由定子、转子组成；所述定子包括转矩元件、悬浮元件、“L”型铁芯、“U”型铁芯、“E”型铁芯、永磁体、定子槽、转矩绕组、悬浮绕组、隔磁元件，每个转矩元件包括第一“L”型铁芯、第二“L”型铁芯和“U”型铁芯，第一“L”型铁芯与“U”型铁芯之间通过第一永磁体相连,“U”型铁芯与第二“L”型铁芯之间通过第二永磁体相连,第一永磁体和第二永磁体均沿着切向方向充磁,且第一永磁体和第二永磁体充磁方向相反,悬浮元件包括“E”型铁芯，“E”型铁芯包括三个齿，依次为第一至第三齿，第一齿与第二齿之间通过第三永磁体相连,第二齿与第三齿之间通过第四永磁体相连, 第三永磁体和第四永磁体均沿着切向方向充磁,且第三永磁体和第四永磁体充磁方向相反,其中，第一齿与第三齿的形状和尺寸相同，“E”型铁芯的第一齿和第三齿的宽度为定子内圆周长的1/42，第二齿的宽度为定子内圆周长的1/14，相邻两齿之间的宽度均为定子内圆周长的1/42，转子齿宽为定子内圆周长的1/42，且转子齿数为14。

悬浮元件和转矩元件间隔设置，悬浮元件与转矩元件之间设置隔磁元件。

悬浮绕组绕制于“E”型铁芯的第二齿上。

每个转矩元件上包括两个转矩绕组，“U”型铁芯的两个边分别与相邻的“L”型铁芯组合，每个组合上均绕制一个转矩绕组。

每个定子齿上均设置定子槽，悬浮绕组和转矩绕组穿过定子槽绕制。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、悬浮元件与转矩原件的间隔设计实现了转矩磁场与悬浮磁场的解耦。

2、悬浮元件的齿宽、齿间间隙以及转子齿数、转子齿宽的特定设计使得悬浮绕组磁场所经磁路的磁导与转子位置无关，从而使得电机的悬浮力控制无需知道转子位置信息，大大简化了控制系统。

附图说明

图1是本实用新型电机结构图。

图2a是本实用新型悬浮元件结构尺寸图，图中a表示为定子内周长的1/42。

图2b是本实用新型转子齿宽尺寸图。

图3是本实用新型悬浮绕组电感。

图4是本实用新型悬浮元件产生的悬浮力。

图5是本实用新型悬浮磁场磁力线与转矩磁场磁力线。

图6是本实用新型悬浮方案应用到电励磁磁通切换电机所形成的磁悬浮电励磁磁通切换电机。

图7是本实用新型悬浮方案应用到混合励磁磁通切换电机所形成的磁悬浮混合励磁磁通切换电机。

图8是本实用新型悬浮方案应用到永磁双凸极电机所形成的磁悬浮永磁双凸极电机。

图9是本实用新型悬浮方案应用到电励磁双凸极电机所形成的磁悬浮电励磁双凸极电机。