[发明专利]一种飞轮电池用四自由度无轴承永磁电机

说明书

本发明公开一种飞轮电池用四自由度无轴承永磁电机，外定子由左定子、转矩绕组定子、右定子三部分的轭部从左至右沿轴向相接组成，左定子和右定子相对于转矩绕组定子左右对称布置，左右定子的定子齿上各绕有悬浮绕组，转矩绕组定子的定子齿上绕有转矩绕组；左定子的定子齿和转矩绕组定子的定子齿之间的轭部正中间处嵌有左永磁环，右定子的定子齿和转矩绕组定子的定子齿之间的轭部正中间处嵌有右永磁环，悬浮转子的正中间外固定套有隔磁铝套，隔磁铝套外同轴固定套有转矩转子铁芯，转矩转子铁芯外表面沿圆周方向均匀分布四块圆弧形的转矩转子永磁体；将悬浮绕组与转矩绕组分离，通过左右两定子产生的径向力直接调节飞轮电池转轴的横摆运动。

技术领域

本发明涉及无轴承电机和磁悬浮技术领域，是一种主要适用于高速和空间紧凑的电动车飞轮电池的无轴承永磁电机。

背景技术

传统飞轮电池用无轴承永磁电机主要由定子、转子以及极对数相差一的转矩绕组与悬浮力绕组这两套绕组构成，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。但是传统飞轮电池用无轴承永磁电机存在几点不足之处：1、只能有沿轴向均匀分布径向力，只能限制水平与垂直方向上的两个自由度，不能调节电机沿转轴上的横摆运动。2、转矩磁场与悬浮磁场耦合度较高，悬浮力控制响应较慢。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述传统飞轮电池用无轴承电机的不足，提出了一种能简化电机控制、在加快悬浮响应的同时加强横摆运动控制的适用于飞轮电池的无轴承永磁电机。

本发明一种飞轮电池用四自由度无轴承永磁电机采用的技术方案是：外定子同轴且有间隙地套在悬浮转子外，悬浮转子同轴固定套在转轴外，外定子由左定子、转矩绕组定子、右定子三部分组成，这三部分的轭部从左至右沿轴向相接，左定子和右定子相对于转矩绕组定子左右对称布置；左定子、转矩绕组定子和右定子都沿圆周方向均匀分布相同数量的定子齿，左定子的定子齿上绕有左端悬浮绕组，右定子的定子齿上绕有右端悬浮绕组，转矩绕组定子的定子齿上绕有转矩绕组；左定子的定子齿和转矩绕组定子的定子齿之间的轭部正中间处嵌有左永磁环，右定子的定子齿和转矩绕组定子的定子齿之间的轭部正中间处嵌有右永磁环，左永磁环和右永磁环均沿轴向充磁且充磁方向相同；悬浮转子的轴向两端为圆盘形，两端的圆盘形分别与左定子和右定子的定子齿在径向上相对齐，悬浮转子的正中间外固定套有隔磁铝套，隔磁铝套外同轴固定套有转矩转子铁芯，转矩转子铁芯外表面沿圆周方向均匀分布四块圆弧形的转矩转子永磁体，每块转矩转子永磁体的弧度为60°，每块转矩转子永磁体均沿径向充磁，相邻两块转子永磁体的充磁方向相反，转矩转子永磁体的外径等于悬浮转子的轴向两端圆盘形的外径。

当增大左端悬浮绕组的电流与减小右端悬浮绕组的电流时，悬浮转子沿顺时针方向转动，当减小左端悬浮绕组的电流与增大右端悬浮绕组的电流时，悬浮转子沿逆时针方向转动，能调节悬浮转子沿轴向上的横摆。

本发明的有益效果是：

1. 本发明与传统飞轮电池用无轴承永磁电机相比，将悬浮绕组与转矩绕组分离，使转矩磁场与悬浮磁场分离，可以通过对悬浮磁场与转矩磁场分别进行控制，达到预期效果。去除了悬浮绕组与转矩绕组极对数必须相差一的限制，控制简单，响应迅速。

2. 本发明可以通过左右两定子产生的径向力直接调节飞轮电池转轴的横摆运动，能够同时产生可调节径向力与可控制的沿转轴的横摆运动，可以使配套的飞轮电池结构更加简单，去除额外的限制结构。

附图说明

图1是本发明一种飞轮电池用四自由度无轴承永磁电机的结构图；

图2是图1的径向结构示意图；

图3是本发明左定子产生悬浮力的原理图；

图4是本发明右定子产生悬浮力的原理图；

图5是本发明调节悬浮转子沿轴向方向横摆运动的原理图；