[发明专利]一种永磁体轴向磁化的三自由度永磁型无轴承电机

说明书

本发明公开了一种永磁体轴向磁化的三自由度永磁型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴和转子铁心组成，所述转子铁心上均匀布置有转子永磁体；所述定子包括间隔设置于转子铁心径向外侧的定子铁心，以及对称设置于定子铁心两侧的两个轴向控制铁心，所述定子铁心上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组、径向悬浮绕组；所述两个轴向控制铁心的外沿与定子铁心之间分别连接有永磁体，内壁内沿分别同心设置有两道吸力圆盘，所述两道吸力圆盘之间同心设置有控制圆盘，所述两道吸力圆盘上各自绕制有轴向悬浮绕组。

技术领域

本发明涉及永磁型无轴承电机领域，具体涉及一种永磁体轴向磁化的三自由度永磁型无轴承电机。

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、感应型和永磁型无轴承电机三种，与其他两种相比，永磁型无轴承电机采用转子永磁结构，具有无需励磁、功率密度和转矩密度高，控制简单等优点，是最具有工业应用前景的一种无轴承电机。传统的永磁型无轴承电机内部存在三个磁场，即转矩绕组磁场、悬浮绕组磁场和转子永磁体磁场，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，转矩由转矩绕组磁场和转子永磁体磁场产生，悬浮力由悬浮绕组磁场和转子永磁体磁场产生，要实现转子稳定悬浮和旋转必须采用复杂的悬浮力和转矩动态解耦控制算法，且转矩和悬浮力产生之间存在制约平衡关系，这两个固有缺点限制了传统永磁型无轴承电机的工业应用进程。

永磁型无轴承电机若要实现五自由度悬浮运行，需要轴向磁悬浮轴承与其配合使用。轴向磁轴承势必会增加悬浮电机系统的轴向长度，进而降低临界转速和功率密度。因此，在实现转矩和悬浮力解耦控制基础上，实现永磁型无轴承电机和轴向磁轴承的集成化已成为磁悬浮电机领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑，轴向悬浮力、径向悬浮力和转矩无耦合，且左、右侧轴向气隙偏置磁动势始终相等的永磁体轴向磁化的三自由度永磁型无轴承电机。

本发明通过以下技术方案实现：

一种永磁体轴向磁化的三自由度永磁型无轴承电机，包括定子和转子，所述转子由转轴和转子铁心组成，所述转子铁心上均匀布置有转子永磁体；所述定子包括间隔设置于转子铁心径向外侧的定子铁心，以及对称设置于定子铁心两侧的两个轴向控制铁心，所述定子铁心上绕制有分别位于内层和外层的电机转矩绕组、径向悬浮绕组；所述两个轴向控制铁心的外沿与定子铁心之间分别连接有永磁体，内壁内沿分别同心设置有两道吸力圆盘，所述两道吸力圆盘之间同心设置有控制圆盘，所述两道吸力圆盘上各自绕制有轴向悬浮绕组。

本发明的进一步方案是，电机转矩绕组的磁场极对数和径向悬浮绕组的磁场极对数之差大于等于三。

本发明的进一步方案是，所述控制圆盘与转子铁心之间的气隙长度大于吸力圆盘与转子铁心之间的气隙长度。

本发明的进一步方案是，所述永磁体由稀土永磁材料或铁氧永磁材料制成。

本发明与现有技术相比的优点在于：