[发明专利]一种盘式三自由度无轴承异步电机

说明书

本发明公开了一种盘式三自由度无轴承异步电机，包括定子和双盘式转子，所述定子包括从外向内同轴依次相连的轴向定子铁心、永磁环、径向定子铁心；所述轴向定子铁心两侧设有轴向定子铁心槽，所述轴向定子铁心槽中沿轴向向外依次设置有轴向悬浮绕组和转矩绕组；所述径向定子铁心的内圆周设置有磁极，所述磁极上绕制有径向悬浮绕组；所述双盘式转子由转子铁心，以及分别同轴连接于转子铁心两端的盘式转子组成，所述转子铁心同轴连接有延伸出盘式转子外端的转轴，所述盘式转子的内端设置有偶数个转子槽，所述转子槽中设置有转子导条或转子绕组，所述转子铁心贯穿定子，其中部设置有正对径向定子铁心的径向吸力盘。

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，具体涉及一种盘式三自由度无轴承异步电机。

背景技术

无轴承异步电机具有无摩擦、磨损、无需润滑和密封，易于实现更高转速和更大功率运行，在航空航天、涡轮分子泵、飞轮储能、密封泵、高速电主轴等领域具有广阔的应用前景。

目前，无轴承异步电机是通过在传统异步电机的定子槽的转矩绕组上叠加一套附加的悬浮绕组，两套绕组分别由频率相同的三相交流电源供电产生旋转的悬浮绕组磁场和转矩绕组磁场，且悬浮绕组磁场极对数为P_B、转矩绕组磁场为P_M，两者之间只有满足P_B=P_M±1的关系时，在转子上才能产生稳定可控的径向悬浮力。由径向位移传感器检测转子径向位移，构建位移闭环控制系统，实现转子稳定悬浮，而转矩的产生原理与普通异步电机相同。一方面，转矩绕组磁场要与悬浮绕组磁场相互作用产生径向悬浮力，另一方面，转矩绕组磁场又要和转子旋转磁场相互作用产生转矩，因此，转矩控制和位移控制之间存在强耦合，控制复杂，难以建立精确的数学模型，控制精度低。此外，除了转矩绕组磁场在转子导条内会感应出与转矩绕组磁场极对数相同的转子旋转磁场之外，悬浮绕组磁场也会在转子导条内感应出与悬浮绕组磁场极对数相同的转子旋转磁场，该旋转磁场对悬浮力的产生有削弱作用，还会增加转矩控制和位移控制的复杂性，特别是带负载运行时更为明显，严重时将会造成系统不稳定，悬浮失败。有学者提出了转子导条分相结构的无轴承异步电机结构，但是该电机的悬浮绕组和转矩绕组之间极对数仍然需要满足P_B=P_M±1的关系，转矩绕组磁场既要与转子磁场产生转矩，又要与悬浮绕组磁场产生悬浮力，存在复杂的耦合关系，两者之间的解耦控制非常复杂，计算量大，限制其工业应用的推广。

要实现转子五自由度稳定悬浮，需要由一个轴向磁轴承+一个径向两自由度磁轴承+一个两自由度无轴承异步电机、或一个轴向磁轴承+两个两自由度无轴承异步电机、或一个两自由度无轴承异步电机+一个三自由度磁轴承组成五自由度悬浮驱动系统，在这三种结构中都不可避免的需要一个轴向悬浮控制单元，造成五自由度无轴承异步电机系统轴向长度长，临界转速高，难以实现更大功率更高速度旋转，且体积大，造价高。

因此，研究一种具备轴向与径向悬浮功能于一体的无轴承异步电机对减小无轴承异步电机体积与造价，对促进无轴承异步电机工业应用进程发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构新颖，能够实现转子三自由度稳定悬浮，且在轴向产生旋转转矩的盘式无轴承异步电机，为特种电气传动提供新的解决方案。

本发明通过以下技术方案实现：