CN107425622B - 一种方形定子结构的无轴承永磁电机 - Google Patents

一种方形定子结构的无轴承永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开电气传动控制设备领域中的一种无轴承永磁电机，转子铁芯外壁上沿圆周方向固定表贴有永磁体，永磁体外套有方形定子，方形定子的外壁横截面是正方形，方形定子上沿圆周方向均匀布置有12个定子槽，12个定子槽由8个相同的大槽和4个相同的小槽组成，8个大槽和4个小槽各自每两两一组相对于正方形的对角线对称分布，8个大槽靠近对角线位置，小槽远离对角线；小槽内设有小槽转矩绕组，大槽中的内层设有大槽转矩绕组、外层设有悬浮绕组；本发明能充分利用方形硅钢原材料做成定子，进一步减小电机的尺寸，临界转速进一步提高。

Description

一种方形定子结构的无轴承永磁电机
技术领域
本发明属于电气传动控制设备领域，特指一种采用磁轴承支承的无轴承永磁电机。
背景技术
无轴承永磁电机采用磁轴承支承，具有寿命长、无机械摩擦和磨损、无须润滑等特点,突破了更高转速和大功率的限制。无轴承永磁电机由定子、转子、永磁体和绕组组成，在定子上开槽形成定子极，定子槽内有悬浮绕组，采用径向悬浮绕组叠压到定子绕组上，悬浮绕组虽然不占用额外的轴向空间，但占用了永磁电机定子槽空间，使得永磁电机的温度升高，永磁电机的功率密度降低。目前，无轴承永磁电机的定子均为圆形，定子在冲片加工过程中，都是将方形的硅钢片做成圆形结构，有部分的边角浪费掉，不能得到有效利用。
发明内容
本发明的目的是解决现有无轴承永磁电机存在的问题，提出一种结构简单紧凑、功率密度高的方形定子结构的无轴承永磁电机。
本发明采用的技术方案是：转子铁芯外壁上沿圆周方向固定表贴有永磁体，永磁体外套有方形定子，方形定子的外壁横截面是正方形，方形定子上沿圆周方向均匀布置有12个定子槽，12个定子槽由8个相同的大槽和4个相同的小槽组成，8个大槽和4个小槽各自每两两一组相对于正方形的对角线对称分布，8个大槽靠近对角线位置，小槽远离对角线；小槽内设有小槽转矩绕组，大槽中的内层设有大槽转矩绕组、外层设有悬浮绕组。
进一步地，大槽转矩绕组和小槽转矩绕组组成的定子转矩绕组均是左右分布方式的双层绕组，正方形的两条对角线分别为x轴和y轴，从y轴正方向开始沿逆时针方向，定子转矩绕组依序是绕组A-、C-、C+、B+、B-、A-、A+、C+、C-、B-、B+、A+、A-、C-、C+、B+、B-、A-、A+、C+、C-、B-、B+、A+；悬浮绕组从y轴正方向开始沿逆时针方向依序是绕组Y+、X-、X-、Y-、Y-、X+、X+、Y+。
本发明能充分利用方形硅钢原材料做成定子，进一步减小电机的尺寸，使得临界转速得到进一步提高，使得此类电机能在风力发电机、高速机床、飞轮储能***及人造卫星等悬浮支撑***中得到广泛应用。
附图说明
图1是本发明一种方形定子结构的无轴承永磁电机的结构主视图；
图2是图1所示本发明绕组分布图；
图3图2所示本发明在y方向的径向悬浮力产生原理图；
图4图2所示本发明在x方向的径向悬浮力产生原理图；
图中：1.方形定子；2.转轴；3.定位孔；4.不锈钢套；5.悬浮绕组；7.转子铁芯；8.永磁体；11.大槽；12.小槽；61.大槽转矩绕组；62.小槽转矩绕组。
具体实施方式
参见图1，本发明的中间是转轴2，转轴2外同轴固定套有转子铁芯7，转子铁芯7的外壁上沿圆周方向固定表贴有4个相同的圆弧状的永磁体8，永磁体8径向充磁，相邻两个永磁体8的在径向上的内端和外端的极性相反。4个永磁体8外固定有一层不锈钢套4，不锈钢套4用来加固4个永磁体8和转子铁芯7。不锈钢套4外套有方形定子1，不锈钢套4外壁和方形定子1的内孔之间留有径向气隙。
方形定子1的外壁横截面是正方形，内孔是圆形。方形定子1的正方形的四角处各有圆弧倒角，在正方形的两个对角线上各开定位孔3，每个对角线上的开有两个定位孔3，定位孔3靠近正方形的对应角位置处。
方形定子1上设有12个定子槽，形成12个定子齿。这12个定子槽沿圆周方向均匀布置，相邻两个定子槽中心之间的夹角为30度。12个定子槽由8个相同的大槽11和4个相同的小槽12组成，8个大槽11每两两一组，相对于对角线对称分布，4个小槽也每两两一组，相对于对角线对称分布，8个大槽11靠近对角线位置，小槽12远离对角线。
大槽11和小槽12的槽宽需要保证12个定子齿的齿部宽度均相同，大槽11和小槽12与方形定子1的外壁的最短距离均相等，也就是大槽11和小槽12的槽底部距离方形定子1的外壁的距离均相等。由于越靠近对角线的位置处定子内孔和定子外壁的距离空间越大，所以大槽11的槽深要大于小槽12的槽深，大槽11的槽底部宽度要大于小槽12的槽底部宽度。
小槽12内设有小槽转矩绕组62。在大槽11中的内层设有大槽转矩绕组61，大槽11中的外层设有悬浮绕组5，大槽11中除去大槽转矩绕组61后的剩余空间放置悬浮绕组5，悬浮绕组5布置在空间比较大的对角线两边的大槽11中，不占用大槽转矩绕组61的空间，能提高电机的功率密度。大槽转矩绕组61和小槽转矩绕组62组成定子转矩绕组，均采用双层绕组，双层绕组为左右分布方式。
参见图2，定义方形定子1的正方形的两条对角线分别为x轴和y轴，右方向为x轴正方向，上方为y轴正方向。由大槽转矩绕组61和小槽转矩绕组62组成的定子转矩绕组，A、B、C三相转矩绕组分别是A+、A-、B+、B-、C+和C-。从y轴正方向开始沿逆时针方向，转矩绕组依序是绕组A-、C-、C+、B+、B-、A-、A+、C+、C-、B-、B+、A+、A-、C-、C+、B+、B-、A-、A+、C+、C-、B-、B+、A+。图2中，带“+”表示绕组从外向里面绕，带“-”表示绕组从里向外面绕。定义在x轴方向两侧的两组悬浮绕组5为X悬浮绕组，x轴正方向两侧的一组悬浮绕组5同x轴方负向两侧的另一组悬浮绕组5的绕组方向相反。定义在y轴方向两侧的两组悬浮绕组5为Y悬浮绕组，y轴正方向两侧的一组悬浮绕组5同y正负方向两侧的另一组悬浮绕组5的绕组方向相反。8个大槽11中的悬浮绕组5，从y轴正方向开始沿逆时针方向依序是绕组Y+、X-、X-、Y-、Y-、X+、X+、Y+。
转矩绕组的极对数为2，按照12槽4极节距为1的方案绕制成2对极。永磁体8极对数与转矩绕组极对数相等，悬浮绕组5极对数为1，满足悬浮力绕组极对数等于转矩绕组极对数 ±1的关系。当转矩绕组采用逆变器供电通三相交流电，则悬浮绕组X和Y通相同频率的电流和改变相位来得到径向的悬浮力。
如图3和图4所示，小槽12中布置的小槽转矩绕组62，大槽11中布置的大槽转矩绕组61，由大槽转矩绕组61和小槽转矩绕组62组成的转矩绕组的A、B、C三相通电相位如下：A相绕组通电相位180度，B相相位60度，C相相位-60度，B+通电方向为+，B-通电方向为负，C+通电方向为负，C-通电方向为正，绕组B和C产生磁通，磁通方向如图图3和图4所示，永磁体8产生的磁通和转矩绕组产生磁通方向相同。保持转矩绕组产生磁通不变的情况下，改变悬浮绕组X和Y通电电流大小和相位可以产生不同大小和正负的悬浮力F x 和F y 。
改变悬浮力F y 的大小和正负原理为：如图3所示，A相绕组通电相位180度，B相相位60度，C相相位-60度，B+通电方向为+，B-通电方向为负，C+通电方向为负，C-通电方向为正，转矩绕组B和C产生磁通，磁通方向在y轴正和负方向绕着y轴正方向和负方向上的2个大槽11、2个小槽12形成顺时针方向。悬浮绕组Y相相位90度，Y+通电方向为正，Y-通电方向为负，悬浮绕组产生磁通，磁通在y轴正方向方向绕着2个大槽11、2个小槽12顺时针方向，在y轴负方向方向绕着2个大槽11、2个小槽12逆时针方向。转矩绕组磁通和悬浮绕组产生磁通叠加后，在y轴正方向的磁通加强，y轴负方向的磁通减弱，产生电磁吸力F y1、F y2、F y3、F y4。在x轴方向电磁吸力相互抵消，合成电磁吸力在y轴正方向，从而产生了y轴正方向的径向悬浮力。同理，悬浮绕组Y通电反向时，悬浮绕组产生磁通方向反向，磁通方向同图3中相反，转矩绕组磁通方向不变，两磁通叠加后，在y轴正方向的磁通减弱，y轴负方向的磁通加强，从而产生y轴负方向的径向悬浮力。
改变悬浮力F x 的大小和正负原理为：如图3所示，A相绕组通电相位180度，B相相位60度，C相相位-60度，B+通电方向为+，B-通电方向为负，C+通电方向为负，C-通电方向为正，转矩绕组磁通方向在x轴正方向和负方向如图4，绕着x轴正方向和负方向上的每组2个大槽11、2个小槽12逆时针方向。悬浮绕组X相相位-90度，X+通电方向为负，X-通电方向为正，悬浮绕组产生磁通，磁通在x轴正方向绕着2个大槽11、2个小槽12逆时针方向，在x轴负方向绕着2个大槽11、2个小槽12顺时针方向。转矩绕组磁通和悬浮绕组磁通叠加后，在x轴正方向的磁通加强，x轴负方向的磁通减弱，产生电磁吸力F x1、F x2、F x3、F x4，电磁吸力合力为x轴正方向的向量，在y轴方向电磁吸力相互抵消，合成电磁吸力在x轴正方向，从而产生了x轴正方向的径向悬浮力。同理，悬浮绕组X通电反向时，悬浮绕组产生磁通，磁通方向同图4中磁通方向相反，转矩绕组磁通方向不变，磁通叠加后，在x轴正方向的磁通减弱，x轴负方向的磁通加强，从而产生x轴负方向的径向悬浮力。
转子铁芯7在悬浮绕组5没通电情况下，处于平衡位置，若转子铁芯7受外扰力作用偏向y轴负方向，则按照图3中，磁通方向在y轴正方向和负方向为顺时针方向，悬浮绕组Y绕组通电，产生图3中的磁通分布，在y轴正方向方向为顺时针, 在y轴负方向为逆时针，从而y轴正方向合成磁通加强，y轴负方向合成磁通减弱，产生y轴正方向的吸力F y ，即可让转子铁芯7回到平衡位置。若转子铁芯7受外扰力作用偏向y轴正方向，悬浮绕组Y绕组中通电方向改变，y轴方向的吸力F y 方向反向，产生y轴负方向的吸力F y ，即可让转子铁芯7回到平衡位置。若转子受外扰力作用偏向x轴负方向，则按照图4中，磁通方向在x轴正方向和负方向为逆时针方向，悬浮绕组x绕组通电，产生图4中的磁通分布，在x轴正方向方向为逆时针, 在x轴负方向方向为顺时针。磁通叠加后，在x轴正方向的磁通加强，x轴负方向的磁通减弱，产生x轴正方向的吸力F x ，即可让转子铁芯7回到平衡位置。同理，若转子铁芯7受外扰力作用偏向x轴正方向，则按照图4中悬浮绕组X绕组反方向通电，产生x轴负方向的吸力F x ，即可让转子铁芯7回到平衡位置。

Claims (4)

1.一种方形定子结构的无轴承永磁电机，转子铁芯（7）外壁上沿圆周方向固定表贴有永磁体（8），其特征是：永磁体（8）外套有方形定子（1），方形定子（1）的外壁横截面是正方形，方形定子（1）上沿圆周方向均匀布置有12个定子槽，12个定子槽由8个相同的大槽（11）和4个相同的小槽（12）组成，8个大槽（11）和4个小槽（12）各自每两两一组相对于正方形的对角线对称分布，8个大槽（11）靠近对角线位置，小槽（12）远离对角线；小槽（12）内设有小槽转矩绕组（62），大槽（11）中的内层设有大槽转矩绕组（61）、外层设有悬浮绕组（5）；大槽转矩绕组（61）和小槽转矩绕组（62）组成的定子转矩绕组均是左右分布方式的双层绕组，正方形的两条对角线分别为x轴和y轴，从y轴正方向开始沿逆时针方向，定子转矩绕组依序是绕组A-、C-、C+、B+、B-、A-、A+、C+、C-、B-、B+、A+、A-、C-、C+、B+、B-、A-、A+、C+、C-、B-、B+、A+；悬浮绕组（5）从y轴正方向开始沿逆时针方向依序是绕组Y+、X-、X-、Y-、Y-、X+、X+、Y+。
2.根据权利要求1所述一种方形定子结构的无轴承永磁电机，其特征是：12个定子槽形成12个定子齿，大槽（11）和小槽（12）的槽宽需要保证12个定子齿的齿部宽度均相同，大槽（11）和小槽（12）的槽底部距离方形定子（1）的外壁的距离相等。
3.根据权利要求1所述一种方形定子结构的无轴承永磁电机，其特征是：大槽（11）的槽深大于小槽（12）的槽深，大槽（11）的槽底部宽度大于小槽（12）的槽底部宽度。
4.根据权利要求1所述一种方形定子结构的无轴承永磁电机，其特征是：转子铁芯（7）的外壁上沿圆周方向固定表贴有4个相同的圆弧状的永磁体（8），4个永磁体（8）均径向充磁，相邻两个永磁体（8）的内端和外端的极性相反。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111277092B (zh) * 2020-02-17 2021-05-11 南京航空航天大学 一种定子模块化双转子交替极永磁电机
CN111313576B (zh) * 2020-04-02 2021-07-06 南京航空航天大学 一种模块化永磁电机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102480175A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 大连创达技术交易市场有限公司 一种无轴承悬浮转子永磁电机
CN104953728A (zh) * 2014-03-28 2015-09-30 德昌电机(深圳)有限公司 多边形定子铁芯及包括其的电机
CN105656269A (zh) * 2016-03-14 2016-06-08 江苏大学 一种无轴承永磁同步发电机

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6434142A (en) * 1987-07-30 1989-02-03 Fujitsu General Ltd Stator core for motor
JPH0556614A (ja) * 1991-08-21 1993-03-05 Shibaura Eng Works Co Ltd 電動機

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102480175A (zh) * 2010-11-23 2012-05-30 大连创达技术交易市场有限公司 一种无轴承悬浮转子永磁电机
CN104953728A (zh) * 2014-03-28 2015-09-30 德昌电机(深圳)有限公司 多边形定子铁芯及包括其的电机
CN105656269A (zh) * 2016-03-14 2016-06-08 江苏大学 一种无轴承永磁同步发电机

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