一种高集成磁悬浮开关磁阻电机的制作方法

本发明属于高速传动领域，发明了一种结构紧凑，稳定悬浮，高速旋转的磁悬浮开关磁阻电机。

背景技术：

开关磁阻电机结构简单、成本低廉、调速性能好，在宽调速范围内具有较高效率，应用前景广阔。而两相开关磁阻电机具有良好的高速性能，有效避开了低速脉动大的缺点。在仅需单向旋转的场合，可大大减少制造成本及控制功率器件数量，具有极高的应用价值。磁轴承技术利用电磁力将转子悬浮至空中，避免了机械接触，因而具有无摩擦磨损、可支承转速高、无需润滑、寿命长等优点，广泛应用于飞轮储能、高速机床等工业领域。

然而市场上缺少将磁轴承和两相开关磁阻电机结合的电机。

技术实现要素：

为此，本发明提出一种磁悬浮开关磁阻电机，将磁轴承和两相开关磁阻电机合为一个整体，整合两者的优点，该电机具有高速旋转，稳定悬浮等优点。本发明提出一种磁悬浮开关磁阻电机，包括前侧定子1、轴向永磁环2、后侧定子3、永磁体4、转子5、隔磁板6、主气隙7及辅助气隙8；

所述转子5轴向长度为前侧定子1、轴向永磁环2及后侧定子3之和。

所述转子5形状上分为转子前侧5-1和转子后侧5-2，转子前侧5-1为光滑圆柱结构，转子后侧5-2为14齿凸极结构。转子前侧5-1和转子后侧5-2的轴向长度相等。

所述轴向永磁环2采用轴向充磁方式

所述永磁体4有四个，其轴向长度与转子后侧5-2一致，排布方式为每极相对地置于四个悬浮齿极之间。

所述转子5与前侧定子1和后侧定子3间留有等间隙主气隙7。

在电机前侧面x方向上，所述前侧定子1包括一对前侧定子悬浮齿极1-2，其轴向长度与前侧定子轭1-1一致，前侧定子悬浮齿极1-2的末端延伸至与所述永磁体4相接。

在电机后侧面y方向上，所述后侧定子3包括一对后侧悬浮齿极3-2，且连接在后侧定子轭3-1上，其轴向长度与转子5一致，即后侧定子悬浮齿极3-2轴向延伸至电机前侧面，且在前侧面上径向延伸至永磁体4处，与前侧定子悬浮齿极1-2构成一个完整的环形结构。后侧定子悬浮齿极3-2在轴向延伸时，与前侧定子1和轴向永磁环2之间留有辅助气隙8。

在电机后侧面x方向上，所述后侧定子3包括一对转矩齿3-5，与转子后侧5-2构成开关磁阻电机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：前侧定子悬浮齿极1-2上绕有控制线圈1-3，后侧定子悬浮齿极3-2在前侧面的径向延伸部分上绕有控制线圈3-3，两套控制线圈1-3和3-3实现电机转子的两自由度悬浮。

进一步地，包括一对转矩齿3-5，每个转矩齿3-5包括三个齿极，除中间齿极外，其余齿极上均绕有转矩线圈3-4。在转矩齿3-5与后侧定子轭3-1连接部分，用隔磁板6粘连，以避免定子轭内悬浮磁场和转矩磁场耦合，所述转矩齿3-5、转矩线圈3-4与转子后侧5-2构成一个两相开关磁阻电机，实现电机的电动。

进一步地，控制线圈1-3产生的控制磁通走向为，由前侧定子悬浮齿极1-2到前侧定子轭1-1，绕前侧定子轭1-1一圈后，流向前侧另一前侧定子悬浮齿极1-2后，经过主气隙7，进入转子后侧5-2，又从主气隙7另一侧回到前侧定子悬浮齿极1-2形成闭合回路。

所述控制线圈3-3产生的控制磁通与控制线圈1-3基本一致，仅在后侧定子悬浮齿极3-2上多了径向走向。

进一步地，偏置磁通走向为，轴向永磁环2的n极产生偏置磁通后，进入后侧定子轭3-1顺着后侧定子悬浮齿极3-2流向电机前侧面，进入永磁体4的s极，永磁体4的n极产生的偏置磁通一部分顺着前侧定子悬浮齿极1-2，最终回到轴向永磁环2的s极，永磁体4的n极产生的另一部分偏置磁通经过主气隙7，经由转子后侧5-2后，从主气隙7回到前侧定子悬浮齿极1-2，最终回到永磁体4的s极，形成闭合回路。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、将磁轴承技术与开关磁阻电机合为一个整体，提升了系统的集成度，大大减少了空间占用量，使结构更加紧凑、稳固。

2、利用磁轴承技术实现开关磁阻电机转子的两自由度悬浮，提升了系统的临界转速。

3、悬浮的电机转子有助于减少绕组铜耗及电机发热量。

4、系统采用两相开关磁阻电机，使其具有较宽的调速范围。

5、转子采用14极结构，具有更小的铁损和更高的输出转矩。

附图说明

图1所示为一种磁悬浮开关磁阻电机的东北等轴测图；

图2所示为一种磁悬浮开关磁阻电机的沿z轴剖分图

图3所示为一种磁悬浮开关磁阻电机控制线圈(1-3)产生的控制磁路走向；

图4所示为一种磁悬浮开关磁阻电机控制线圈(3-3)产生的控制磁路走向；

图5所示为一种磁悬浮开关磁阻电机的剖分图内偏置磁路走向；

图6所示为一种磁悬浮开关磁阻电机的转矩原理图；(a)为磁路1；(b)为磁路2。

具体实施方式

由于整个电机前后两侧部分非对称，通过立体装配图能够更好的了解磁悬浮开关磁阻电机结构。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，电机定子部分由三部分组成，即前侧定子1、轴向永磁环2和后侧定子3，三者依次轴向排列粘连为一个整体。电机定子齿极在末端延伸至永磁体4处，四个定子齿极与四个永磁体4构成一个环形结构，转子5置于环形中心位置处。电机定子齿极与转子5间留有等间隙主气隙7。需注意的是，在y方向上，后侧定子悬浮齿极3-2在轴向延伸时，与前侧定子1和轴向永磁环2之间留有辅助气隙8，以防止永磁体4和轴向永磁环2的磁通短路。

如图2所示，前侧定子1包括前侧定子轭1-1、在x方向上前侧定子轭1-1上连有一对前侧定子悬浮齿极1-2，且齿极上绕有前侧控制线圈1-3。

后侧定子3在y方向上，包括一对呈形的后侧悬浮齿极3-2，且连接在后侧定子轭3-1上，其轴向长度与转子5一致，即后侧定子悬浮齿极3-2轴向延伸至电机前侧面，且在前侧面上径向延伸至永磁体4处，与前侧定子悬浮齿极1-2构成一个完整的环形结构。

在电机后侧面x方向上，包括一对转矩齿3-5，每个转矩齿3-5包括三个齿极，除中间齿极外，其余齿极上均绕有转矩线圈3-4。在转矩齿3-5与后侧定子轭3-1连接部分，用隔磁板6粘连，以避免定子轭内悬浮磁场和转矩磁场耦合，所述转矩齿3-5、转矩线圈3-4与转子后侧5-2构成一个两相开关磁阻电机，实现电机的电动/发电。

转子5分为前后两部分，转子前侧5-1为光滑圆柱形，转子后侧5-2为14齿凸极结构。两部分轴向长度相同

如图3及图4所示，控制线圈1-3产生的控制磁通走向为，由前侧定子悬浮齿极1-2到前侧定子轭1-1，绕前侧定子轭1-1一圈后，流向前侧另一前侧定子悬浮齿极1-2后，经过主气隙7，进入转子后侧5-2，又从主气隙7另一侧回到前侧定子悬浮齿极1-2形成闭合回路。所述控制线圈3-3产生的控制磁通与控制线圈1-3基本一致，仅在后侧定子悬浮齿极3-2上多了径向走向。

如图5所示，偏置磁通走向为，轴向永磁环2的n极产生偏置磁通后，进入后侧定子轭3-1顺着后侧定子悬浮齿极3-2流向电机前侧面，进入永磁体4的s极，永磁体4的n极产生的偏置磁通一部分顺着前侧定子悬浮齿极1-2，最终回到轴向永磁环2的s极，永磁体4的n极产生的另一部分偏置磁通经过主气隙7，经由转子后侧5-2后，从主气隙7回到前侧定子悬浮齿极1-2，最终回到永磁体4的s极，形成闭合回路。

如图6所示，定子转矩齿3-5采用三极结构，中间极是公共极，上面没有转矩线圈，另两极上有转矩线圈3-4，转子有14极。其转矩原理遵循磁阻最小原理，转矩线圈3-4上电后，形成闭合磁路，通过拉动吻合度最高的齿极以带动电机旋转。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。