[发明专利]一种外绕组控制的两自由度无轴承开关磁阻电机

说明书

本发明公开了一种外绕组控制的两自由度无轴承开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子的边部设置有转子齿，所述定子由外绕组和定子铁心组成；所述定子铁心包括分布在转子径向外侧同一圆周上x方向和y方向的四个悬浮齿，以及连接相邻两个悬浮齿的隔磁体，所述悬浮齿由永磁片和对称连接于永磁片两侧的导磁片沿转子的轴向层叠而成，所述隔磁体内壁连接有转矩齿，所述转矩齿上绕制有转矩绕组；所述外绕组包括连接x方向两个悬浮齿构成两条x方向对称闭合路径的x方向控制铁心，以及连接y方向两个悬浮齿构成两条y方向对称闭合路径的y方向控制铁心，所述x方向控制铁心和y方向控制铁心上分别绕制有悬浮绕组。

技术领域

本发明涉及无轴承电机制造技术领域，具体涉及一种外绕组控制的两自由度无轴承开关磁阻电机。

背景技术

无轴承电机是上世纪80年代末发展起来的新型高速特种电机，无轴承电机主要分为磁阻型、感应型和无轴承开关磁阻电机三种，与其他两种相比，无轴承开关磁阻电机转子无永磁体，结构简单，转子强度高，且无感应型无轴承电机存在的转子复杂的感应磁场对悬浮和旋转的影响，是最具有工业应用前景的一种无轴承电机。

传统的无轴承开关磁阻电机是将转矩绕组和悬浮绕组一起绕制在电机定子齿上，通电产生转矩绕组磁场和悬浮绕组磁场，且转矩绕组磁场极对数P_M和悬浮绕组磁场极对数P_B之间必须满足P_M=P_B±1的关系，才能够产生稳定可控的径向悬浮力，转矩由转矩绕组磁场经过定转子齿形成的磁阻力产生，悬浮力由悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场相互作用产生。因此，该种无轴承开关磁阻电机存在两个缺点，一、悬浮力和转矩之间的解耦控制极为复杂，要体现其技术优势，必须采用高性能控制算法，而这些算法在工业实现上难度较大或者成本较高，限制其工业应用进程；二、悬浮绕组占用了转矩绕组定子槽空间，造成无轴承开关磁阻电机转矩约为开关磁阻电机转矩的一半。

发明内容

本发明的目的是提出一种结构紧凑，悬浮力和转矩无耦合，可产生更大转矩和悬浮力的外绕组控制的两自由度无轴承开关磁阻电机。

本发明通过以下技术方案实现：

一种外绕组控制的两自由度无轴承开关磁阻电机，包括定子和转子，所述转子的边部设置有转子齿，所述定子由外绕组、转矩绕组、隔磁体、转矩齿、悬浮齿、控制铁心和定子铁心组成；所述定子铁心包括分布在转子径向外侧同一圆周上x方向和y方向的四个悬浮齿，以及连接相邻两个悬浮齿的隔磁体，所述隔磁体与悬浮齿的外侧对齐，所述悬浮齿由永磁片和对称连接于永磁片两侧的导磁片沿转子的轴向层叠而成，所述隔磁体内壁连接有转矩齿，所述悬浮齿和转矩齿与转子齿间隔设置形成径向工作气隙，所述转矩齿上绕制有转矩绕组；所述外绕组包括连接x方向两个悬浮齿构成两条x方向对称闭合路径的x方向控制铁心，以及连接y方向两个悬浮齿构成两条y方向对称闭合路径的y方向控制铁心，所述x方向控制铁心和y方向控制铁心上分别绕制有悬浮绕组。

本发明的进一步方案是，所述悬浮齿的齿宽大于转矩齿的齿宽，且悬浮齿的齿宽大于电机一个极距。

本发明的进一步方案是，所述悬浮绕组和转矩绕组均为集中式绕组，其中转矩绕组分为多相结构。

本发明与现有技术相比的优点在于：

在定子铁心x和y方向处设置四个悬浮齿，其他位置均匀设置转矩齿，转矩齿通过隔磁材料与悬浮齿相连，转矩齿上绕制集中的转矩绕组，由永磁片和对称连接于永磁片两侧的导磁片沿转子的轴向层叠