本發(fā)明涉及一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩磁通路徑為短磁路且無磁通反向，提高了開關(guān)磁阻電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，可作為高速、高效率電機(jī)，特別適用于飛輪電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)的高速發(fā)展，工業(yè)中眾多領(lǐng)域如高速機(jī)床，離心機(jī)，壓縮機(jī)，飛輪電池等需要高速甚至超高速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，機(jī)械軸承支承轉(zhuǎn)軸的高速/超高速電機(jī)中，由于電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)使得摩擦阻力增加，軸承磨損嚴(yán)重，需定期維護(hù)，電機(jī)壽命短，且因摩擦過程中，產(chǎn)生大量的熱量，電機(jī)工作效率低。高速、高效率電機(jī)越來越受到重視，然而可靠性、高損耗等問題制約著高速、高效率電機(jī)的發(fā)展。為此，本專利提出一種雙定子混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，功耗低，效率高，轉(zhuǎn)矩和懸浮力無耦合且控制簡單靈活的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種開關(guān)磁阻電機(jī)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、效率高、轉(zhuǎn)矩和懸浮力無耦合且控制簡單靈活的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，包括永磁體，內(nèi)定子導(dǎo)磁板，內(nèi)定子，內(nèi)定子氣隙，轉(zhuǎn)子，外定子導(dǎo)磁板，外定子軛，外定子懸浮極，隔磁板，外定子轉(zhuǎn)矩極，外定子懸浮極繞組，外定子轉(zhuǎn)矩極繞組，外定子氣隙；

永磁體一端連接內(nèi)定子導(dǎo)磁板的中心處，另一端連接內(nèi)定子，轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間留有內(nèi)定子氣隙，轉(zhuǎn)子有多個(gè)凸極齒，多個(gè)凸極齒與外定子懸浮極以及外定子轉(zhuǎn)矩極之間留有外定子氣隙；外定子軛的外側(cè)與外定子導(dǎo)磁板相連，外定子軛內(nèi)側(cè)與四個(gè)等間距分布的外定子懸浮極相連，相鄰兩個(gè)外定子懸浮極之間安裝有隔磁板，隔磁板外側(cè)與定子軛相連，內(nèi)側(cè)安轉(zhuǎn)外定子轉(zhuǎn)矩極；外定子懸浮極上疊繞外定子懸浮極繞組，外定子轉(zhuǎn)矩極上疊繞外定子轉(zhuǎn)矩極繞組，隔磁板解決了產(chǎn)生懸浮力的磁場與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的磁場之間的耦合。

進(jìn)一步，永磁體產(chǎn)生的磁場經(jīng)過永磁體，內(nèi)定子導(dǎo)磁板，外定子導(dǎo)磁板，外定子軛，外定子懸浮極，外定子氣隙，轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子氣隙，內(nèi)定子形成閉合回路。

進(jìn)一步，永磁體產(chǎn)生的磁場作為產(chǎn)生懸浮力所需的偏置磁場，通過控制外定子懸浮極繞組電流大小和方向即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮。

進(jìn)一步，外定子轉(zhuǎn)矩極繞組中的四相電流均獨(dú)立控制，具有單繞組、短磁路結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，轉(zhuǎn)子共有14個(gè)凸極齒，凸極齒與外定子懸浮極以及外定子轉(zhuǎn)矩極之間留有外定子氣隙。

進(jìn)一步，采用隔磁板，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩與懸浮力的解耦。

所述內(nèi)定子導(dǎo)磁板和外定子導(dǎo)磁板，由導(dǎo)磁良好的材料制成，如硅鋼，內(nèi)定子導(dǎo)磁板分別與永磁體和外定子導(dǎo)磁板相連。

所述內(nèi)定子由導(dǎo)磁良好的材料制成，如硅鋼，其為圓盤形，軸向長度與轉(zhuǎn)子，外定子相同，內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間留有內(nèi)定子氣隙。

所述轉(zhuǎn)子由導(dǎo)磁良好的材料制成，如硅鋼。

所述外定子軛由導(dǎo)磁良好的材料制成，如硅鋼，外定子軛外側(cè)與外定子導(dǎo)磁板相連，外定子軛內(nèi)側(cè)與四個(gè)等間距分布的外定子懸浮極相連，相鄰兩個(gè)外定子懸浮極之間安裝由隔磁板，解決了產(chǎn)生懸浮力的磁場與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的磁場之間的耦合，提高了電機(jī)的運(yùn)行可靠性。

所述隔磁板外側(cè)與定子軛相連，內(nèi)側(cè)安轉(zhuǎn)外定子轉(zhuǎn)矩極。

所述外定子懸浮極上疊繞外定子懸浮極繞組。外定子轉(zhuǎn)矩極上疊繞外定子轉(zhuǎn)矩極繞組，共有四相，每相均獨(dú)立控制，具有單繞組、短磁路結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：產(chǎn)生懸浮力所需的偏置磁場由永磁體產(chǎn)生，電機(jī)功耗小，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高；采用隔磁板，使得轉(zhuǎn)矩與懸浮力之間沒有解耦，電機(jī)控制簡單，可靠性提高；外定子轉(zhuǎn)矩極繞組，共有四相，每相均獨(dú)立控制，效率高，控制靈活。

附圖說明

圖1所示為一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)展開圖；(a)為該電機(jī)側(cè)視圖；(b)為該電機(jī)主視圖；

圖2所示為一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)示意圖；

圖3所示為永磁體、內(nèi)定子以及內(nèi)定子導(dǎo)磁板連接示意圖；

圖4所示為一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩/懸浮工作原理圖；

圖5所示為x方向懸浮力產(chǎn)生示意圖。

圖中：永磁體1，內(nèi)定子導(dǎo)磁板2，內(nèi)定子3，內(nèi)定子氣隙4，轉(zhuǎn)子5，外定子導(dǎo)磁板6，外定子軛7，外定子懸浮極8，隔磁板9，外定子轉(zhuǎn)矩極10，外定子懸浮極繞組11，外定子轉(zhuǎn)矩極繞組12，外定子氣隙13.

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)展開圖，包括永磁體1，內(nèi)定子導(dǎo)磁板2，內(nèi)定子3，內(nèi)定子氣隙4，轉(zhuǎn)子5，外定子導(dǎo)磁板6，外定子軛7，外定子懸浮極8，隔磁板9，外定子轉(zhuǎn)矩極10，外定子懸浮極繞組11，外定子轉(zhuǎn)矩極繞組12，外定子氣隙13。轉(zhuǎn)子5與內(nèi)定子3之間留有內(nèi)定子氣隙4，轉(zhuǎn)子有14個(gè)凸極齒，14個(gè)凸極齒與外定子懸浮極8以及外定子轉(zhuǎn)矩極10之間留有外定子氣隙13。轉(zhuǎn)子5與內(nèi)定子3之間留有內(nèi)定子氣隙4。外定子軛7的外側(cè)與外定子導(dǎo)磁板6相連，外定子軛7內(nèi)側(cè)與四個(gè)等間距分布的外定子懸浮極8相連，相鄰兩個(gè)外定子懸浮極8之間安裝有隔磁板9。隔磁板9外側(cè)與定子軛7相連，內(nèi)側(cè)安轉(zhuǎn)外定子轉(zhuǎn)矩極10。外定子懸浮極8上疊繞外定子懸浮極繞組11，外定子轉(zhuǎn)矩極10上疊繞外定子轉(zhuǎn)矩極繞組12。隔磁板9解決了產(chǎn)生懸浮力的磁場與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的磁場之間的耦合。

如圖2所示，一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，內(nèi)定子導(dǎo)磁板2與外定子導(dǎo)磁板6相連，永磁體產(chǎn)生的磁場通過內(nèi)定子導(dǎo)磁板2，外定子導(dǎo)磁板6，外定子軛7，外定子懸浮極8，外定子氣隙13，轉(zhuǎn)子5，內(nèi)定子氣隙4，內(nèi)定子3形成閉合回路。

如圖3所示，本發(fā)明所采用的永磁體1一端連接內(nèi)定子3，一端連接內(nèi)定子導(dǎo)磁板2。

如圖4所示，一種五自由度混合勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩/懸浮工作原理：轉(zhuǎn)矩部分采用單繞組短磁路結(jié)構(gòu)，外定子轉(zhuǎn)矩極繞組12共有八個(gè)集中式繞組：a1繞組與a2繞組串聯(lián)，其控制電流為ia，b1繞組與b2繞組串聯(lián)，其控制電流為ib，c1繞組與c2繞組串聯(lián)，其控制電流為ic，d1繞組與d2繞組串聯(lián)，其控制電流為id。根據(jù)磁阻最小原理，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)/發(fā)電功能。ia，ib，ic，id電流獨(dú)立控制，具有單繞組結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性能，且采用短磁路結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)漏磁，進(jìn)一步提高了電機(jī)的運(yùn)行效率。外定子懸浮極繞組11共有四個(gè)集中式繞組：f1繞組控制電流為if1，f2繞組控制電流為if2，f3繞組控制電流為if3，f4繞組控制電流為if4。控制電流產(chǎn)生的磁場大小與方向，與永磁體1產(chǎn)生的磁場相疊加或者消弱，進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子上的不對稱磁場力，結(jié)合相應(yīng)的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的懸浮。

如圖5所示，x正方向懸浮力產(chǎn)生示意圖；永磁體1產(chǎn)生的磁通為φp，此時(shí)對繞組f1和f3通如圖所示的電流，則轉(zhuǎn)子5在x正方向的磁通量為φp+φi，在x正方向的磁通量為φp-φi，則產(chǎn)生x正方向懸浮力，合理控制不同繞組電流大小和方向，即可產(chǎn)生徑向任意方向的懸浮力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。