[发明专利]定子永磁型无轴承薄片电机及其工作方法

权利要求书

1.一种定子永磁型无轴承薄片电机，包括底座(1)、定子(2)、准正弦悬浮绕组(8)、转矩绕组(9)、 转子(6)以及定子永磁体阵列(7)；

上述定子(2)包括定子铁芯(23)，定子铁芯(23)通过定子上压板(21)和定子下压板(22)压合并固定于底座(1)内侧；定子铁芯(23)包括沿周向均布的定子齿；

上述准正弦悬浮绕组(8)由不同匝数的线圈组成，绕制在相应的定子齿上；

上述转矩绕组(9)为三相绕组，绕制在各个定子齿上；

其特征在于：

上述转子(6)为导磁材料制成，包括转子基体，在转子基体的轴向两端各设置有转子侧板(62)，位于两个转子侧板中间沿转子基体外壁周向均匀设置转子凸极齿(61)；转子凸极齿(61)与转子侧板(62)之间具有间隙；转子凸极齿(61)和转子侧板(62)外径相同；转子凸极齿(61)的轴向厚度与定子齿的轴向厚度相等；转子凸极齿(61)齿数大于等于三，并且转矩绕组(9)极对数与转子凸极齿(61)齿数相等；

上述转子(6)跟定子(2)之间具有气隙；

上述定子永磁体阵列(7)由轴向永磁体(72)和径向永磁体(71)组成；

上述轴向永磁体(72)包括第一组多片弧形永磁体和第二组多片弧形永磁体；

其中第一组多片弧形永磁体充磁方向为轴向向上，围成一个绕转子轴的整圆贴合在定子齿最内端的上表面；第二组多片弧形永磁体充磁方向为轴向向下，围成一个绕转子轴的整圆贴合在定子齿最内端的下表面；

上述径向永磁体(71)包括第三组多片弧形永磁体和第四组多片弧形永磁体；

其中第三组多片弧形永磁体充磁方向为径向向里，围成一个绕转子轴的整圆贴合在第一组多片弧形永磁体的上表面；第四组多片弧形永磁体充磁方向为径向向里，围成一个绕转子轴的整圆贴合在第二组多片弧形永磁体的下表面；

轴向永磁体(72)和径向永磁体(71)被永磁体压板压紧在定子齿；

转子(6)在轴向被动悬浮，其转子凸极齿(61)与定子铁芯(23)轴向对齐，转子侧板(62)轴向位置与径向永磁体(71)轴向位置对齐。

2.根据权利要求1所述的一种定子永磁型无轴承薄片电机的工作方法，其特征在于包括以下过程：

定子永磁体阵列(7)在定子(2)和转子(6)之间的气隙中形成永磁回路(12)，即：依次在定子(2)—轴向永磁体(72)—径向永磁体(71)—气隙—转子侧板(62)—转子基体—转子凸极齿(61)—气隙—定子(2)之间形成永磁回路；

定子永磁体阵列(7)在所有定子铁芯(23)与转子凸极齿(61)间的气隙中产生极性相同的气隙磁密；

由于转子(6)存在转子凸极齿(61)结构，使得转子(6)周向各处径向磁阻不同，定子永磁体阵列(7)产生的气隙磁通量更集中在定子与转子凸极齿(61)之间的气隙中；

转矩绕组(9)通电产生旋转磁场与定子永磁体阵列(7)在气隙中产生的不均匀磁场相互作用，产生一个转矩作用在转子(6)上；

准正弦悬浮绕组(8)通电后，使一侧的定子(2)和转子(6)之间的气隙磁密增大，使另一侧的定子(2)和转子(6)之间的气隙磁密减小，从而产生可控径向悬浮力；准正弦悬浮绕组(8)由不同匝数的线圈组成，通过选取特定的匝数，通入直流电来使准正弦悬浮绕组(8)产生的气隙磁密接近于正弦波形，从而减小气隙磁密谐波含量；

由于转子(6)轴长远小于其转子直径，根据磁阻最小原理，实现轴向平移方向及扭转方向三自由度被动悬浮。