[发明专利]一种三自由度磁悬浮开关磁阻集成电机

说明书

本发明公布了一种三自由度磁悬浮开关磁阻集成电机。所述电机的转矩定子与径向力定子、轴向力定子相互隔离，因此产生转矩的转矩磁路与产生悬浮力的偏置磁路、悬浮磁路也相互隔离；由于悬浮定子齿的极弧角等于一个转子周期角，径向悬浮磁路不产生转矩，而且轴向悬浮磁路与转矩磁路无交叠，也不产生转矩；另外，三相转矩磁路均为短磁路结构，相与相间相互隔离，容错性和可靠性高。本发明集旋转和三自由度悬浮功能于一体，且转矩和三个悬浮力在结构上自然解耦，轴向长度短，有利于减小电机体积和重量，铁心损耗小，临界转矩和功率密度高；偏置磁通可由永磁励磁、电励磁和混合励磁等三种方法产生，可根据需要选择，应用场合和工况适应性强。

技术领域

本发明涉及一种三自由度磁悬浮开关磁阻集成电机，属于磁悬浮电机领域。

背景技术

开关磁阻电机结构简单，定转子均为凸极结构，定子上绕有集中式绕组，转子无绕组、无永磁体，高速性能好，容错性能强，耐高温耐油脂，环境适应性强，在航空航天、电动汽车、飞轮储能，纺织石油矿山等领域应用广泛。磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、便于维护等优点，可有效解决高速电机的轴承支撑问题，在电机领域应用广泛。将磁悬浮功能集成到开关磁阻电机中，便构成了无轴承开关磁阻电机。无轴承开关磁阻电机因集旋转与悬浮两功能于一体，不仅可有效解决高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题，还能进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性，从而强化其在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。然而，无轴承开关磁阻电机仅能实现两自由度径向悬浮运行，如果要构成一个稳定的五自由度磁悬浮电机系统，至少需要一个轴向磁悬浮轴承与无轴承开关磁阻电机配合。进而，导致电机系统的轴向长度增加，临界转速和功率密度下降，不利于电机超高速和大功率运行。

将具有两自由度悬浮能力的无轴承开关磁阻电机与轴向磁悬浮轴承进一步结构集成，缩短电机轴向长度，减小磁悬浮电机体积，对提升系统临界转速和功率密度，具有重要理论意义和工程实践价值，并有助于充分发挥开关磁阻电机的高速适应性。

发明内容

本发明目的是提出一种具有轴向径向悬浮能力、转矩与悬浮力自然解耦且集成度高的三自由度磁悬浮开关磁阻集成电机。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种三自由度磁悬浮开关磁阻集成电机，包括径向力定子、转矩定子、非导磁支撑架、转矩线圈、径向悬浮线圈、偏置线圈、永磁体、定子环形导磁轭、轴向力定子Ⅰ、轴向力定子Ⅱ、轴向悬浮线圈Ⅰ、轴向悬浮线圈Ⅱ、转子、转子环形导磁轭和转轴；

所述径向力定子为凸极结构，齿数为6，所述径向力定子的6个齿空间上均匀分布，齿与齿间相隔60°；

所述转矩定子由6个C型定子组成，所述C型定子为凸极结构，齿数为2；每个所述C型定子中齿与齿相差22.5°；

所述非导磁支撑架由6个C型非导磁结构组成；

所述永磁体为矩形结构，共6个；

所述定子环形导磁轭为环形结构，所述转子环形导磁轭为环形结构；

所述转子为凸极结构，齿数为16，16个转子齿均匀分布，齿与齿间相隔22.5°；

所述轴向力定子Ⅰ和轴向力定子Ⅱ均为型结构，所述型结构凸极方向形成一个环形齿，所述型结构内布置有1个通孔，所述通孔的中心线与环形齿的中心线重合；

所述通孔的内径大于转轴的外径；所述转轴贯穿所述轴向定子Ⅰ与轴向定子Ⅱ，且布置在所述通孔内；

所述转矩定子、非导磁支撑架、径向力定子紧密布置，且所述非导磁支撑架紧密布置在转矩定子和径向力定子之间；所述径向力定子的齿与齿间均布置有1个C型定子和1个C型非导磁结构，共6个C型定子和6个C型非导磁结构；所述C型定子的中心线、C型非导磁结构的中心线与所述径向力定子的相邻两齿中心线重合；