[实用新型]无轴承开关磁阻电机

说明书

本实用新型涉及一种无轴承开关磁阻电机，由两个圆锥型12/14无轴承开关磁阻电机构成，每个圆锥型12/14无轴承开关磁阻电机又包括定子、转子、转轴、悬浮力绕组线圈和转矩绕组线圈；定子位于最外侧，具有12个定子极，且定子极分为悬浮力极和转矩极；悬浮力极上缠绕悬浮力绕组线圈用于产生悬浮力，转矩极上缠绕转矩绕组线圈用于产生转矩；定子的内侧为转子，具有14个转子极；转子铁芯的内部为转轴；两个圆锥型的转子底面或顶面相对，且圆锥角相等；两个定子配合两个转子进行装配并保证定子与转子间的气隙均匀。本实用新型采用圆锥型转子结构，不仅继承了传统12/14无轴承开关磁阻电机的优点，而且集成了轴向位移控制功能，可在五个自由度上对电机进行灵活控制，实现了电机转子的完全自悬浮。

技术领域

本实用新型涉及一种无轴承开关磁阻电机，可应用于高速，超高速，环境温差变化大或不易维修的驱动场合。

背景技术

随着国民经济的持续高速发展，许多现代化的工业应用领域如涡轮分子泵、离心机、高速机床、压缩机、飞轮储能、航空航天等都需要使用高速或超高速电机。但是，当使用传统的机械轴承来支撑高速或超高速电机的转轴时，将会产生许多问题。例如，转子的高速旋转会使机械轴承的摩擦阻力增加，磨损加剧，并导致电机发热等问题，这不仅降低了电机的工作效率，缩短了电机和机械轴承的寿命，更增加了电机和轴承的维护负担。而且，机械轴承所需要的润滑油在高真空、极高或极低的温度环境下无法使用。虽然气浮、液浮轴承技术能够实现电机转子与转轴之间的无接触、无摩擦，但是气浮、液浮轴承技术均需要配备专门的气压、液压系统，这将会使气浮、液浮轴承电机的体积庞大、结构复杂、能耗多、效率低。同时，气压、液压系统的故障会使气浮、液浮轴承失效，从而导致电机无法正常运行，降低了电机系统的可靠性。

与气浮、液浮轴承技术相比，磁轴承技术从根本上改变了传统的转子支撑形式，它具有无接触、无磨损、高速度、高精度、长寿命、不需要密封和润滑、易于实现主动控制等一系列优良特性。无轴承开关磁阻电机是在磁轴承电机和开关磁阻电机的基础上发展起来的，不仅具有无轴承电机结构紧凑、输出功率大、洁净等优点，而且继承了开关磁阻电机的优良特性，如结构简单坚固、容错能力强、制造成本低等。因此，无轴承开关磁阻电机可广泛应用于高速、超高速、环境温度变化大或不易维修的驱动场合。为了实现转子稳定自悬浮，无轴承电机需有五个控制自由度，但是现有的无轴承开关磁阻电机仅有两个自由度，其它三个自由度由磁轴承提供。这种结构增加了电机的轴向长度，限制了转子临界转速。此外，磁轴承电机在整个电机系统中只扮演辅助支撑的角色，并不提供任何转矩输出，降低了整个电机系统的工作效率。

实用新型内容

为了解决现有无轴承开关磁阻电机存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种具有完全自主悬浮能力，可在五自由度上灵活控制的无轴承开关磁阻电机。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括结构相同、通过转轴相连的两个圆锥型12/14无轴承开关磁阻电机，每个圆锥型12/14无轴承开关磁阻电机均包括定子、转子、悬浮力绕组线圈和转矩绕组线圈，其中定子位于最外侧，具有12个定子极，该12个定子极分为八个转矩极和沿圆周方向均布的四个悬浮力极，八个转矩极两个为一组、均匀分布在各所述悬浮力极之间，每个所述悬浮力极上均缠绕有用于产生悬浮力的悬浮力绕组线圈，每个所述转矩极上均缠绕有用于产生转矩的转矩绕组线圈；所述转子位于定子的内侧，该转子的铁芯为凸极结构，即所述转子的铁芯沿圆周方向均布有14个形状大小相同的转子极，相邻转子极之间设有沟槽；所述转轴由转子的铁芯内部穿过，两个圆锥型12/14无轴承开关磁阻电机中的转子通过该转轴相连，两个所述转子的底面相对或顶面相对；两个圆锥型12/14无轴承开关磁阻电机中的定子配合各自的转子装配，且所述定子与转子之间留有均匀的气隙；

其中：所述悬浮力极与转矩极均为定子内壁沿径向向内延伸而形成，所述悬浮力极的极弧等于一个转子极距；所述转矩极的极弧与转子极的极弧相等，且等于所述悬浮力极极弧的一半；