CN118074372B - 一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法 - Google Patents
一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118074372B CN118074372B CN202410458780.8A CN202410458780A CN118074372B CN 118074372 B CN118074372 B CN 118074372B CN 202410458780 A CN202410458780 A CN 202410458780A CN 118074372 B CN118074372 B CN 118074372B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- permanent magnet
- core
- rotor core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005339 levitation Methods 0.000 title claims description 24
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 150000002910 rare earth metals Chemical group 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 35
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 241000764238 Isis Species 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法，包括定子铁芯，所述定子铁芯内套设有转子铁芯，所述转子铁芯为中间掏空的圆环形，所述转子铁芯外圈表贴有若干永磁体且永磁体沿圆周方向均匀分布，所述永磁体数量为偶数个极；所述永磁体的数量为一对极，且永磁体的充磁方式均为平行于转子铁芯平面的平行充磁；所述定子铁芯内壁设置有若干定子齿，相邻两个定子齿之间形成绕组槽；所述绕组槽内设置有若干电机绕组，所述电机绕组采用集中式分数槽绕组方式；所述转子铁芯的材料为稀土永磁材料；本发明能够提高永磁转子磁通的正弦度，降低漏磁通的占比，从而提高霍尔元件提取的有效信息，同时降低悬浮力脉动。
Description
技术领域
本发明涉及自传感磁悬浮电机技术领域，具体涉及一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法。
背景技术
常规的永磁同步电机永磁体转子，采用实心铁心外部嵌套永磁体的结构，在磁悬浮电机中，利用霍尔元件提取转子位移信息，霍尔元件安放在定子齿中间，通过感知永磁体在气隙中产生的磁通，从转角信息中提取位移信息，这一过程需要磁通信号沿圆周呈正弦分布，以保证位移解耦算法的准确性。然而永磁体磁通存在大量谐波，使得正弦度较低，并且定子齿间存在着大量的漏磁，对霍尔元件感知主磁通造成干扰，霍尔元件不能准确提取位移信号，造成控制算法不准确，磁悬浮电机悬浮脉动较大。
常规多极对数的永磁体转子，在气隙中激发的磁场谐波含量较多，以两对极永磁体转子为例，如图1所示，两对极转子所激发的磁通正弦度很差，谐波含量较高，这样的磁通不仅使得霍尔元件接收到的信号噪声较大，而且使得电机悬浮力脉动较大。通常采用对永磁体外形进行修极的方式，改变永磁体的外部形状，从而使得气隙磁通呈正弦，如图2所示，但这种方式对电机加工制造的工艺要求较高，并且影响其机械强度，所达到的效果也不能完全满足要求。
发明内容
技术目的：针对现有技术的不足，本发明公开了一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法，能够提高永磁转子磁通的正弦度，降低漏磁通的占比，从而提高霍尔元件提取的有效信息，同时降低悬浮力脉动。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，包括定子铁芯，所述定子铁芯内套设有转子铁芯，所述转子铁芯为中间掏空的圆环形且所述转子铁芯中部无轴承，所述转子铁芯外圈表贴有若干永磁体且永磁体沿圆周方向均匀分布，所述永磁体数量为偶数个极；
所述永磁体的数量为两个，且永磁体的充磁方式均为平行于转子铁芯平面的平行充磁；
所述定子铁芯内壁设置有6个定子齿，相邻两个定子齿之间形成绕组槽；
所述绕组槽内设置有若干电机绕组，所述电机绕组采用集中式分数槽绕组方式。
优选地，所述转子铁芯的材料为稀土永磁材料。
本发明还提供一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构制造方法，应用于上述的一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，所述定转子结构的制造方法步骤如下：
第一步，选取稀土永磁材料制成的平板，对平板进行平行充磁；
第二步，充磁完成后将平板切割成所需尺寸的圆形并掏空内部形成圆环形，制成空心的转子铁芯；
第三步，根据公式计算出所需永磁体的极对数为1，/>表示永磁体极对数；
第四步，将永磁体表贴在转子铁芯外圈并进行与第一步充磁方向相反的充磁，将永磁体退磁；
第五步，永磁体磁性完全退去后，再对转子铁芯和永磁体进行平行充磁，得到所需的永磁体转子；
第六步，根据定子齿计算公式计算出定子铁芯上的定子齿数量，并将电机绕组放置在相邻两个定子齿形成的绕组槽内；
第七步，将永磁体转子套设在定子铁芯内，得到适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构。优选地，其特征在于，所述定子齿计算公式为：
，
其中，表示永磁体极对数，/>表示定子齿数量。
有益效果：本发明的所提供的一种具有如下有益效果：
1、本发明的转子铁芯采用空心的圆形结构，能够大幅度增大漏磁通回路的磁导，降低漏磁通分量并保证主磁通的分量基本不变，保证磁悬浮电机的正常运行，且该结构能够增加霍尔元件提取的磁场信息中有效信号所占的比例，提高信噪比。
2、本发明的永磁体数量设置成一对极，且采用平行充磁的方式，结构简单且能够使得气隙磁通呈正弦分布，且消除了谐波分量，大大减小了悬浮力的脉动。
3、本发明在对永磁体转子进行充磁时，先进行一次平行充磁然后再从反方向充磁进行退磁，最后再进行平行充磁，该方式能够使得永磁体转子各处的充磁强度相同，转子形成的磁场谐波较小。
4、本发明优化设计了定子槽数与转子极对数的函数关系，使得电枢磁势中幅值最高的偶次谐波可以用来提高位移信号检测的信噪比，从而提高位移辨识精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为现有技术中两对极永磁体的定转子结构的结构图；
图2为现有技术中修改两对极永磁体形状的定转子结构的结构图；
图3为本发明永磁体和定转子结构的结构图；
图4为本发明定转子结构所激发的磁通示意图；
图5为本发明定转子结构所激发的磁通的傅里叶分解图；
图6为现有技术两对极永磁体的定转子结构的悬浮力脉动示意图；
图7为本发明一对极永磁体的定转子结构的悬浮脉动示意图；
图8为永磁体极对数不同情况下的各次谐波信号占比示意图。
图中：1、定子铁芯；2、转子铁芯；3、永磁体；4、定子齿；5、电机绕组；6、绕组槽。
具体实施方式
下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图3所示，一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，包括定子铁芯1，所述定子铁芯1内套设有转子铁芯2，所述转子铁芯2为中间掏空的圆环形，所述转子铁芯2的材料为稀土永磁材料，且转子铁芯2的中部无轴承；所述转子铁芯2外圈表贴有若干永磁体3且永磁体3沿圆周方向均匀分布，所述永磁体3数量为偶数个极。
在一个具体实施例中，所述永磁体3的数量为两个，即永磁体3的数量为一对极，且永磁体3的充磁方式均为平行于转子铁芯2平面的平行充磁，所述永磁体沿圆周方向均匀分布在转子铁芯2外圈且在径向方向对称设置。
在一个具体实施例中，所述定子铁芯1内壁设置有若干定子齿4，相邻两个定子齿4之间形成绕组槽6；所述绕组槽6内设置有若干电机绕组5，所述电机绕组5采用集中式分数槽绕组方式，这一结构所产生的磁动势包含数量较大的偶次谐波。
如图4-7所示，图4为本发明定转子结构所激发的磁通示意图，其中纵坐标代表磁通，横坐标代表转子表面距离，图中曲线代表在转子圆周周围，永磁体所激发的磁通，图5为本发明定转子结构所激发的磁通的傅里叶分解图，其中纵坐标代表谐波幅值，横坐标代表谐波频率，图中曲线代表基波磁通的幅值，而并没有其他谐波，表面磁通正弦度较好，图6为现有技术中两对极永磁体的定转子结构的悬浮力脉动示意图，其中纵坐标代表悬浮力大小，横坐标代表时间，图中三条曲线由上到下分别代表合成悬浮力、Y方向悬浮力、X方向悬浮力，图7为本发明一对极永磁体的定转子结构的悬浮脉动示意图，其中纵坐标代表悬浮力大小，横坐标代表时间，图中三条曲线颜色由上到下分别代表，合成悬浮力、Y方向悬浮力、X方向悬浮力，通过采用一对极永磁体和铁环空心转子结构之后，气隙磁通谐波分量减少，正弦度提高，漏磁通减少较多主磁通减少较小，所占比例大幅降低，并且由傅里叶分解，只存在基波磁通，谐波分量被消除，霍尔元件提取的信噪声比提高了一倍，电机可以实现稳定悬浮，这一举措大大减小了悬浮力的脉动。
本发明还提供一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构制造方法，应用于上述的一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，所述定转子结构的制造方法步骤如下：
第一步，选取稀土永磁材料制成的平板，对平板进行平行充磁；
第二步，充磁完成后将平板切割成所需尺寸的圆形并掏空内部形成圆环形，制成空心的转子铁芯；
第三步，根据公式令永磁体气隙磁通为零计算出所需永磁体的极对数；
第四步，将永磁体表贴在转子铁芯外圈并进行与第一步充磁方向相反的充磁，将永磁体退磁；
第五步，永磁体磁性完全退去后，再对转子铁芯和永磁体进行平行充磁，得到所需的永磁体转子；
之所以要重复充磁，是因为第一次充磁时，平板各处充磁强度不同，导致转子形成的磁场谐波较大，因此需要退磁后重新充磁。
第六步，根据定子齿计算公式计算出定子铁芯上的定子齿数量，并将电机绕组放置在相邻两个定子齿形成的绕组槽内；
第七步，将永磁体转子套设在定子铁芯内，得到适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构。
所述根据公式令永磁体气隙磁通为零计算出所需永磁体的极对数的计算公式如下：
，
式中，表示永磁体极对数。
设永磁体转子极对数为，为了保证气隙磁场正限度，根据公式，使得平行充磁的永磁体磁极链接处磁通/>，则极对数取/>。
所述定子齿计算公式为：
，
其中，表示永磁体极对数，/>表示定子齿数量。
永磁体极对数为，控制悬浮的电机绕组极对数为/>，定子齿数为/>，为了提高悬浮信号检测的信噪比，需要增大/>对极的谐波在气隙中的占比。
电机绕组结构采用分数槽集中绕组，这一结构所产生的磁动势包含数量较大的偶次谐波，即极对数为的谐波。气隙中的磁导由/>个定子齿产生，依据等效磁路公式，磁动势与磁导相乘得到磁通，则/>的磁动势与/>磁导相乘，会得到极对数为的磁通。如果满足以下公式：
，
则可以使得的谐波被/>个定子齿改变成/>对极，则可有效增大对极的谐波磁通在气隙中的占比，悬浮信号检测精度得到有效提高。
假设定子齿数量，永磁体极对数/>=2，即六齿二对极电机，极槽配合不满足以上公式，那么各次谐波信号占比如图8所示，图中横坐标代表极对数，纵坐标代表信号占比，由图8中可以看出，永磁体极对数/>的结构有效悬浮信号所占比例达到95.4%，而永磁体极对数/>结构下，由于调制效应带来的更多的磁场谐波，有效信号比例只有78.2%，所以磁悬浮电机采用永磁体极对数/>的结构能够提高有效信号所占的比例，保证电机的稳定悬浮。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，其特征在于，包括定子铁芯（1），所述定子铁芯（1）内套设有转子铁芯（2），所述转子铁芯（2）为中间掏空的圆环形且所述转子铁芯（2）中部无轴承，所述转子铁芯（2）外圈表贴有若干永磁体（3）且永磁体（3）沿圆周方向均匀分布，所述永磁体（3）数量为偶数个极；
所述永磁体（3）的数量为两个，且永磁体（3）的充磁方式均为平行于转子铁芯（2）平面的平行充磁；
所述定子铁芯（1）内壁设置有6个定子齿（4），相邻两个定子齿（4）之间形成绕组槽（6）；
所述绕组槽（6）内设置有若干电机绕组（5），所述电机绕组（5）采用集中式分数槽绕组方式。
2.根据权利要求1所述的一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，其特征在于，所述转子铁芯（2）的材料为稀土永磁材料。
3.一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构制造方法，应用于权利要求1-2任一项所述的一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，选取稀土永磁材料制成的平板，对平板进行平行充磁；
第二步，充磁完成后将平板切割成所需尺寸的圆形并掏空内部形成圆环形，制成空心的转子铁芯；
第三步，根据公式计算出所需永磁体的极对数为1，/>表示永磁体极对数；
第四步，将永磁体表贴在转子铁芯外圈并进行与第一步充磁方向相反的充磁，将永磁体退磁；
第五步，永磁体磁性完全退去后，再对转子铁芯和永磁体进行平行充磁，得到所需的永磁体转子；
第六步，根据定子齿计算公式计算出定子铁芯上的定子齿数量，并将电机绕组放置在相邻两个定子齿形成的绕组槽内；
第七步，将永磁体转子套设在定子铁芯内，得到适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构。
4.根据权利要求3所述的一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构制造方法，其特征在于，所述定子齿计算公式为：
，
其中，表示永磁体极对数，/>表示定子齿数量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410458780.8A CN118074372B (zh) | 2024-04-17 | 2024-04-17 | 一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410458780.8A CN118074372B (zh) | 2024-04-17 | 2024-04-17 | 一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118074372A CN118074372A (zh) | 2024-05-24 |
| CN118074372B true CN118074372B (zh) | 2024-06-14 |
Family
ID=91107876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410458780.8A Active CN118074372B (zh) | 2024-04-17 | 2024-04-17 | 一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118074372B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101248282A (zh) * | 2005-08-24 | 2008-08-20 | 梅科斯特拉克斯勒股份公司 | 用于磁轴承装置的转子轴 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6727618B1 (en) * | 2002-06-10 | 2004-04-27 | The United States Of America, As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Bearingless switched reluctance motor |
| US8183731B2 (en) * | 2005-08-05 | 2012-05-22 | Martin Epstein | Electro-motive machine using Halbach array and electrons trapped in electromagnetic providing current |
| JP5094111B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2012-12-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 永久磁石回転電機とその製造方法及び永久磁石式回転電機を備えた自動車 |
| KR20090039391A (ko) * | 2007-10-18 | 2009-04-22 | 제너럴 일렉트릭 캄파니 | 자기 베어링, 자기 베어링용 전기자 및 전기자 조립 방법 |
| CN202260935U (zh) * | 2011-04-13 | 2012-05-30 | 河北科技大学 | 永磁转子偏转式三自由度运动电机 |
| US20150137647A1 (en) * | 2012-03-20 | 2015-05-21 | Linear Labs, Inc. | Brushless electric motor/generator |
| DE102019206081B3 (de) * | 2019-04-29 | 2020-07-09 | Zf Friedrichshafen Ag | Lüfter für ein Steuergerät für ein Fahrzeug und Steuergerät mit einem Lüfter |
| CN112087067B (zh) * | 2020-09-17 | 2021-06-22 | 淮阴工学院 | 三悬浮极磁悬浮薄片开关磁阻电机 |
| CN113364177B (zh) * | 2021-06-02 | 2022-07-12 | 珠海格力电器股份有限公司 | 斜极转子、电机、压缩机及空调器 |
| CN113489185A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-10-08 | 鑫磊压缩机股份有限公司 | 一种电机转子、磁钢组装工装及方法和氢能源压缩机 |
| CN114123698A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-03-01 | 江苏大学 | 一种混合励磁双定子磁悬浮开关磁阻电机等效磁网路模型建立方法 |
-
2024
- 2024-04-17 CN CN202410458780.8A patent/CN118074372B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101248282A (zh) * | 2005-08-24 | 2008-08-20 | 梅科斯特拉克斯勒股份公司 | 用于磁轴承装置的转子轴 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 一种磁悬浮开关磁阻电机用轴向径向磁轴承;赵旭升;邓智泉;汪波;;北京航空航天大学学报;20110815(第08期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118074372A (zh) | 2024-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102545436B (zh) | 一种永磁同步直驱电机的磁极结构及其设计方法 | |
| CN108649720B (zh) | 一种静音自发电发电机 | |
| TW201528659A (zh) | 永久磁鐵型旋轉電機 | |
| Xiang et al. | A concentrated-flux-type pm machine with irregular magnets and iron poles | |
| US20210135554A1 (en) | Novel double-stator combined electric machine suitable for achieving sensorless control of absolute position of rotor | |
| CN109167502B (zh) | 一种永磁辅助笼障转子同步电机 | |
| WO2022257293A1 (zh) | 一种u型结构聚磁式永磁电机 | |
| CN106981937A (zh) | 一种转子错位结构电机 | |
| CN108347113A (zh) | 一种双层组合磁极的永磁无刷电机 | |
| CN107124053B (zh) | 一种采用混合永磁体的交替极永磁电机转子 | |
| CN106026593B (zh) | 外置式混合励磁永磁同步发电机 | |
| CN118074372B (zh) | 一种适用于自传感磁悬浮电机的定转子结构及其制造方法 | |
| CN206313551U (zh) | 一种永磁电机 | |
| CN106787569B (zh) | 一种磁悬浮磁通切换电机 | |
| KR101241391B1 (ko) | 교류 영구자석 동기 전기기기 | |
| CN114301203B (zh) | 一种高转矩密度磁路串联型转子结构 | |
| CN100369357C (zh) | 旁路式混合励磁电机 | |
| CN110545060B (zh) | 电机转矩电流的优化方法及表贴式永磁电机 | |
| CN114123560A (zh) | 一种高功率因数永磁游标电机 | |
| CN209170078U (zh) | 一种低惯量内置Flat型永磁伺服电机 | |
| Xu et al. | Analytical solution of air-gap field in motors with parallel magnetized permanent magnets | |
| CN110277848A (zh) | 一种内置式永磁同步电机 | |
| KR0122847Y1 (ko) | 동기식 교류서보모터의 회전자 | |
| CN109412301A (zh) | 一种低惯量内置Flat型永磁伺服电机 | |
| CN214069687U (zh) | 一种永磁同步电机混合式转子磁路结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |