[发明专利]一种轴向磁通五自由度磁悬浮电机

说明书

本发明公开了一种轴向磁通五自由度磁悬浮电机，包括两个无轴承开关磁阻电机、一个轴向圆盘、两个永磁环、两套轴向控制绕组。第一、第二无轴承开关磁阻电机的转子以及轴向圆盘共用一个转轴。第一与第二无轴承开关磁阻电机提供转矩，驱动电机旋转运行；并提供径向悬浮力，保证径向四自由度悬浮。轴向圆盘、第一永磁环、第二永磁环、第一定子齿轭、第二定子齿轭、第一转子齿轭、第二转子齿轭共同形成一个轴向偏置磁通，通过调节第一与第二轴向控制绕组产生轴向控制磁通，保证转子轴向悬浮，最终实现系统的五自由度悬浮。本发明集成无轴承开关磁阻电机与轴向磁轴承于一体，既能体现系统的高可靠性与简易性，又能发挥磁轴承无磨损、高寿命等优势。

技术领域

本发明涉及一种轴向磁通五自由度磁悬浮电机，属于电机类的磁悬浮开关磁阻电机技术领域。

背景技术

在高速应用场合，电机中所采用的机械轴承成本高，寿命短，严重影响电机的使用性能。为了解决该问题，磁轴承技术被引入，与电机组合，替代传统的机械轴承，实现电机转子悬浮运行，具有无磨损，使用寿命高，降低维修成本等特点。但磁轴承的使用需要额外增加独立的转子，增加了系统的体积与成本，同时，由于转子长度增加，临界转速随之降低，阻碍了电机系统在高速中的应用。将电机与磁轴承技术相结合，提出无轴承电机技术，其中开关磁阻电机作为其中一类电机，因其结构简单，成本低廉，容错能力好，具有一定的可靠性，是作为无轴承电机的较好方案之一。

无轴承开关磁阻电机集转矩与径向悬浮与一体，既能提供转矩，也能提供径向悬浮力，但无法实现轴向稳定悬浮，因此要实现系统的五自由度悬浮，是目前的研究难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种轴向磁通五自由度磁悬浮电机，可实现五自由度悬浮，具有集成度高，容错能力强，轴向承载力大，电机体积小等特点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种轴向磁通五自由度磁悬浮电机，包括第一无轴承开关磁阻电机、第二无轴承开关磁阻电机、轴向圆盘、第一永磁环、第二永磁环、第一轴向控制绕组以及第二轴向控制绕组；所述第一无轴承开关磁阻电机与第二无轴承开关磁阻电机结构相同，第一无轴承开关磁阻电机包括第一定子、第一转子、第一电枢绕组；第一定子包括第一定子齿极和第一定子齿轭，第一定子齿极的轭部绕有第一电枢绕组；第一转子包括第一转子齿极和第一转子齿轭；第二无轴承开关磁阻电机包括第二定子、第二转子、第二电枢绕组；第二定子包括第二定子齿极和第二定子齿轭，第二定子齿极的轭部绕有第二电枢绕组；第二转子包括第二转子齿极和第二转子齿轭；第一电枢绕组和第二电枢绕组均独立控制；

第一转子嵌套在第一定子内部，第二转子嵌套在第二定子内部，第一转子、第二转子、轴向圆盘均套在转轴上，且轴向圆盘位于第一转子和第二转子之间，第一转子和第二转子相对于轴向圆盘的中心对称；

轴向圆盘包括一体成型的第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘，第一圆盘位于第二圆盘和第三圆盘之间，第二圆盘和第三圆盘大小相同，第一圆盘、第二圆盘和第三圆盘的内圆半径均相等，第二圆盘的外圆半径等于第一转子齿轭的外圆半径，第三圆盘的外圆半径等于第二转子齿轭的外圆半径，第一圆盘的外圆半径、第一定子齿轭的外圆半径和第二定子齿轭的外圆半径均相等；

轴向圆盘的内侧面与转轴的外侧面之间存在径向气隙，第二圆盘与第一转子齿轭相对，且第二圆盘与第一转子齿轭之间存在轴向气隙，第三圆盘与第二转子齿轭相对，且第三圆盘与第二转子齿轭之间存在轴向气隙；

第一永磁环设置于第一定子齿轭与轴向圆盘之间，且第一永磁环的外圆半径等于第一定子齿轭的外圆半径，第二永磁环设置于第二定子齿轭与轴向圆盘之间，且第二永磁环的外圆半径等于第二定子齿轭的外圆半径；第一永磁环内侧设置有第一轴向控制绕组，第二永磁环内侧设置有第二轴向控制绕组。

作为本发明的一种优选方案，所述第一转子和第二转子的齿极数均为4，第一定子和第二定子的齿极数均为12。