[发明专利]一种五自由度无轴承开关磁阻电机

说明书

本发明公开了一种五自由度无轴承开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子包括两端分别延伸至定子外侧的转轴，同轴套在转轴上的轴向转子铁心，以及分别连接于轴向转子铁心的中部和两端的径向转子铁心、径向转子齿，所述径向转子铁心的外圆周通过永磁环连接有轴向转子铁心，所述轴向转子铁心的两端设置有轴向转子齿；所述定子包括对称的两个定子铁心，每一个定子铁心由一体的轴向定子铁心和径向定子铁心组成，所述轴向定子铁心的内端设置有轴向悬浮齿和轴向转矩齿，所述径向定子铁心的内圆周设置有径向悬浮齿和径向转矩齿，所述轴向悬浮齿、轴向转矩齿、径向悬浮齿、径向转矩齿上分别绕制有绕组。

技术领域

本发明涉及无轴承技术的磁悬浮电机领域，具体涉及一种五自由度无轴承开关磁阻电机。

背景技术

无轴承电机具有无摩擦、磨损、无需润滑和密封，易于实现更高转速和更大功率运行，在航空航天、涡轮分子泵、飞轮储能、密封泵、高速电主轴等领域具有广阔的应用前景。无轴承电机主要分为无轴承异步（感应）电机、无轴承永磁同步电机和无轴承开关磁阻电机三种。特别是其中的无轴承开关磁阻电机具有结构简单，机械强度高、控制灵活、容错性能好，鲁棒性好等优势，在电动汽车、通用工业、家用电器等领域具有广阔的应用前景。

要实现无轴承开关磁阻电机转子稳定悬浮，必须在径向四个自由度和轴向单自由度上同时施加主动控制力。传统的五自由度无轴承开关磁阻电机通常有以下三种结构：

1、采用1个轴向磁轴承和2个两自由度无轴承开关磁阻电机构成；

2、采用一个轴向磁轴承、1个径向磁轴承和一个两自由度无轴承开关磁阻电机构成；

3、采用1个三自由度径向-轴向磁轴承和1个无轴承开关磁阻电机构成；

这三种结构均需单独采用轴向磁轴承，增大了系统轴向长度，降低了系统临界转速，限制了转速和功率的进一步提升，并且传统的无轴承开关磁阻电机每个定子齿上均绕制两套绕组，即悬浮绕组和转矩绕组，且两套绕组极对数必须满足加减一的关系，通过协调控制转矩绕组和悬浮绕组电流，同时产生转矩和悬浮力，转矩控制和悬浮控制之间存在强耦合。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、结构紧凑的五自由度无轴承开关磁阻电机，为特种电气传动提供新的解决方案。

本发明通过以下技术方案实现：

一种五自由度无轴承开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子包括两端分别延伸至定子外侧的转轴，同轴套在转轴上的第一轴向转子铁心，以及分别连接于第一轴向转子铁心的中部和两端的径向转子铁心、径向转子齿，所述径向转子铁心的外圆周通过永磁环连接有第二轴向转子铁心，所述第二轴向转子铁心的两端分别均匀设置有数个轴向转子齿；所述定子包括对称设置于转子两侧的两个定子铁心，每一个定子铁心由一体的轴向定子铁心和径向定子铁心组成，所述轴向定子铁心的内端均匀设置有数个轴向悬浮齿，以及均匀分布在设置于相邻轴向悬浮齿之间的轴向隔磁块上的数个轴向转矩齿，所述径向定子铁心的内圆周均匀设置有数个正对径向转子齿的径向悬浮齿，以及均匀分布在设置于相邻径向悬浮齿之间的径向隔磁块上的数个径向转矩齿，所述轴向悬浮齿、轴向转矩齿、径向悬浮齿、径向转矩齿上分别绕制有轴向悬浮绕组、轴向转矩绕组、径向悬浮绕组、径向转矩绕组。

本发明的进一步方案是，所述轴向转子齿、径向转子齿的齿宽、齿厚分别与轴向转矩齿、径向转矩齿的齿宽、齿厚相同。

本发明的进一步方案是，所述永磁环采用稀土永磁体或铁氧体永磁体制成。

本发明的进一步方案是，所述轴向悬浮齿的齿宽大于轴向转矩齿的齿宽，以及电机的轴向极距；径向悬浮齿的齿宽大于径向转矩齿的齿宽，以及电机的径向极距；轴向转矩齿、径向转矩齿的齿宽分别与轴向转子齿、径向转子齿的相同，电机的径向极距与轴向极距相等。

本发明与现有技术相比的优点在于：