一种二自由度无轴承永磁电机的制作方法

本发明属于电机设备技术领域，尤其涉及一种二自由度无轴承永磁电机。

背景技术：

二自由度无轴承永磁电机在停止工作时，通常需要套上辅助轴承，以保证转子处于中心位置，便于系统稳定与控制。而无轴承永磁电机多运用于高污染、有毒环境或密封性环境之中，在停止工作时不便于手动添加辅助轴承，使其运用受到限制。因此，急需设计一种二自由度无轴承永磁电机辅助轴承结构。

一般无轴承永磁电机在停止工作时，机械转轴会受重力作用偏移中心位置，造成电机在下次启动时，需要先通过控制悬浮绕组使其恢复至原始位置，在提供稳定悬浮力，控制较为复杂。

前直线电机以发展较为成熟，直线电机结构可以做到微型化，轻量化且具有高的精度。同时当代直线电机具备较高的速度，加减速时间短，运行十分平稳。

发明运用较成熟的直线电机特性与传统二自由度无轴承电机结合，创造了一种新的二自由度无轴承永磁电机辅助轴承结构。

技术实现要素：

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种二自由度无轴承永磁电机，目的在于克服二自由度无轴承电机在不理想环境下难以安装辅助轴承的问题。

本发明所提出的一种二自由度无轴承永磁电机，包括机械转轴、转子、定子和电机机架，所述转子安装在机械转轴上，所述转子外表面贴有永磁体；所述定子7空套在转子外，且与转子同轴设置，所述定子圆周方向上均匀地开有两层通槽，内层通槽中装有转矩绕组，外层通槽中装有悬浮绕组；所述机械转轴的一端装有机械轴承，且机械轴承的外径与电机机架内圈配合，所述机械转轴的另一端装有电机端盖，所述电机端盖与电机机架连接；所述机械转轴正对电机端盖处设有1个圆形挡圈，在远离电机端盖处设置另外1个圆形挡圈，所述2个圆形挡圈之间的机械转轴上均匀设有凸起轨道，所述凸起轨道上套装有直线电机，所述直线电机内圈设有与凸起轨道配合的凹槽；

进一步，所述永磁体为汝铁硼材料；

进一步，永磁体的极对数为，转矩绕组与永磁体极数相同；

进一步，悬浮绕组极数与转矩绕组极数相差，转矩绕组为三相四极绕组，悬浮绕组为三相六级绕组；

进一步，所述直线电机外套装有摩擦材料，所述摩擦材料的外径与电机端盖的内径一致；

进一步，所述定子由硅钢片叠压制成；

进一步，所述机械转轴上的凸起轨道设有4条，相邻两条轨道之间相隔90°分布。

本发明的有益效果：

本发明的所提出的二自由度无轴承永磁电机结构可以运用到密封环境或恶劣工况之中，通过本发明的辅助轴承结构，在运行完毕后不需手动添加辅助轴承。除运行中扰动偏移，机械转轴在运行与停工时基本都处于中间位置，启动时控制简便，减少转轴启动震荡。本发明结构简单紧凑，不影响电机转矩输出，启动、停止运转步骤简易，顺序相反，启动停止都可实现连续控制，操作方便。

附图说明

图1是本发明一种二自由度无轴承永磁电机结构图；

图2是本发明一种二自由度无轴承永磁电机剖视图；

图3是直线电机侧视图；

图4是本发明一种二自由度无轴承永磁电机控制流程图；

图中，1、电机机架，2、机械轴承，3、机械转轴，4、悬浮绕组，5、转矩绕组，6、转子，7、定子，8、永磁体，9、电机端盖，10、挡圈，11、直线电机，12、摩擦材料。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“半径”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明所提出的一种二自由度无轴承永磁电机，包括机械转轴3、转子6、定子7和电机机架1，转子6安装在机械转轴3上，所述转子6外表面贴有汝铁硼材料的永磁体8，且永磁体8极对数为2；定子7由硅钢片叠压制成，且定子7空套在转子6外，且与转子6同轴设置；如图2所示，在定子7圆周方向上均匀地开有两层通槽，靠近永磁体8的为内层通槽，在内层通槽中装有转矩绕组5，且转矩绕组5与永磁体8极数相同；另外一层为外层通槽，且在外层通槽中装有悬浮绕组4，悬浮绕组4极数与转矩绕组5极数相差2，转矩绕组5为三相四极绕组，悬浮绕组4为三相六级绕组；机械转轴3的一端装有机械轴承2，且机械轴承2的外径与电机机架1内圈配合，机械转轴3的另一端套装有电机端盖9，电机端盖9的外圈与电机机架1的内圈通过螺纹连接；电机端盖9上正对的机械转轴3处固定设置1个圆形挡圈10，在远离电机端盖9处设置另外1个圆形挡圈10，2个圆形挡圈10之间的机械转轴3上均匀设有4条凸起轨道，相邻轨道之间相隔90°分布，在凸起轨道上套装有直线电机11，如图3所示，直线电机11内圈设有与凸起轨道配合的凹槽；且直线电机11外套装有摩擦材料12，所述摩擦材料12的外径与电机端盖9的内径一致。

为了更清楚的解释本发明的技术方案，下面结合本发明的工作过程作进一步解释；

如图4所示，本发明的电机在工作时，直线电机11位于远离端盖9的圆形挡圈10一侧，当需要停机时，转矩绕组5先停止供电，悬浮绕组4继续供电，待转速传感器测得机械转轴3的转速为0时，直线电机11启动往电机端盖9一侧运行，直到直线电机11移动到电机端盖9内圈的圆形挡圈10处，被圆形挡圈10处的位置传感器检测后，直线电机11停止运行，此时悬浮绕组4停止供电，电机完成停机。

启动过程，对悬浮绕组4先供电，当悬浮绕组4供电稳定后，待转速传感器测得机械转轴3的转速时，直线电机11通过延时控制启动往远离电机端盖9一侧的圆形挡圈10移动，当被设于圆形挡圈10处的位置传感器检测后，直线电机11停止运行，转矩绕组5开始供电，电机启动。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种二自由度无轴承永磁电机，包括机械转轴、转子、定子和电机机架，转子安装在机械转轴上，转子外表面贴有永磁体；定子空套在转子外，与转子同轴设置，定子圆周方向上均匀地开有两层通槽，内层通槽装有转矩绕组，外层通槽装有悬浮绕组；机械转轴的一端装有机械轴承，且机械轴承与电机机架内圈配合，机械转轴的另一端装有电机端盖，电机端盖与电机机架连接；机械转轴上设有2个圆形挡圈，在2个圆形挡圈之间的机械转轴上均匀设有凸起轨道，且在凸起轨道上套装有直线电机，本发明能够具有设计更新颖的无轴承永磁电机辅助轴承结构，在电机停止工作时不便于手动添加辅助轴承，控制更加简单。

技术研发人员：陆宝富;季佳磊;朱春霞;陶杰;赵茜;张玉贵
受保护的技术使用者：镇江远东电讯电机有限公司;江苏大学
技术研发日：2018.10.12
技术公布日：2019.01.25