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一种定子方形的无轴承异步电机

阅读:937发布:2021-04-12

专利汇可以提供一种定子方形的无轴承异步电机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开一种采用磁 轴承 支承的 定子 方形的无轴承异步 电机 ,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24个定子槽,24个定子槽是由8个相同的大槽、8个相同的中槽、8个相同的小槽组成;大槽、中槽、小槽各自每两两一组地相对于正方形的对 角 线对称布置,大槽最靠近对角线 位置 ,中间是中槽,小槽距离对角线最远;每个小槽中设有小槽转矩绕组,每个中槽中的内层设有中槽转矩绕组、外层设有中槽悬浮绕组,每个大槽中的内层设有大槽转矩绕组、外层设有大槽悬浮绕组;本发明能够充分利用方形 硅 钢 原材料,进一步减小无轴承电机的尺寸,使得临界转速得到进一步提高,保证了无轴承异步电机的正常输出转矩和功率 密度 。,下面是一种定子方形的无轴承异步电机专利的具体信息内容。

1.一种定子方形的无轴承异步电机,包括转子芯(2)和定子,转子铁芯(2)外同轴套
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
24个定子槽,24个定子槽是由8个相同的大槽(11)、8个相同的中槽(12)、8个相同的小槽(13)组成;大槽(11)、中槽(12)、小槽(13)各自每两两一组地相对于正方形的对线对称布置,大槽(11)最靠近对角线位置,中间是中槽(12),小槽(13)距离对角线最远;每个小槽(13)中设有小槽转矩绕组(63),每个中槽(12)中的内层设有中槽转矩绕组(62)、外层设有中槽悬浮绕组(41),每个大槽(11)中的内层设有大槽转矩绕组(61)、外层设有大槽悬浮绕组(51),其特征是:方形定子(1)的正方形的两条对角线分别为x轴和y轴,从x轴正方向开始沿逆时针方向,大槽转矩绕组(61)、中槽转矩绕组(62)和小槽转矩绕组(63)依序按照B+、B+、A-、A-、C+、C+、B-、B-、A+、A+、C-、C-、B+、B+、A-、A-、C+、C+、B-、B-、A+、A+、C-、C-顺序分布;
大槽悬浮绕组(51)和中槽悬浮绕组(41)沿逆时针方向依序按照X+、X+、Y+、Y+、Y+、Y+、X-、X-、X-、X-、Y-、Y-、Y-、Y-、X+、X+顺序分布。
2.根据权利要求1所述的一种定子方形的无轴承异步电机,其特征是:x轴正方向两侧
的一组大槽悬浮绕组(51)和x轴正方向两侧的一组中槽悬浮绕组(41)的绕组方向相同,但和x轴负方向两侧的一组大槽悬浮绕组(51)和一组中槽悬浮绕组(41)的绕组方向相反;y轴正方向两侧的一组大槽悬浮绕组(51)和y轴正方向两侧的一组中槽悬浮绕组(41)的绕组方向相同,但和y轴负方向两侧的一组大槽悬浮绕组(51)和一组中槽悬浮绕组(41)的绕组方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种定子方形的无轴承异步电机,其特征是:24个定子槽形成
24个定子齿,每个定子齿的齿部宽度均相等,每个定子槽的槽底部距离定子外壁的最短距
离均相等。
4.根据权利要求1所述的一种定子方形的无轴承异步电机,其特征是:小槽转矩绕组
(63)、中槽转矩绕组(62)和大槽转矩绕组(61)的数相同。
5.根据权利要求4所述的一种定子方形的无轴承异步电机,其特征是:大槽悬浮绕组
(51)的匝数比中槽悬浮绕组(41)的匝数多。

说明书全文

一种定子方形的无轴承异步电机

技术领域

[0001] 本发明属于电气传动设备领域,特指一种采用磁轴承支承的无轴承异步电机。

背景技术

[0002] 无轴承异步电机主要采用磁轴承支承,寿命长、无机械摩擦和磨损、无须润滑,还突破更高转速和大功率的限制,拓宽了高速电机的应用范围。无轴承异步电机由定子、转子和绕组组成,在定子上开槽形成定子极,定子槽内有悬浮绕组,径向悬浮采用径向悬浮绕组叠压在槽内。目前无轴承异步电机的定子均为圆形,定子在冲片加工过程中,都是将方形的片做成圆形结构,方形的边被浪费掉,不能得到有效利用;定子为圆形的电机其悬浮绕组虽然不占用额外的轴向空间,但占用了电机槽空间,使得电机的温度升高,功率密度比同转速的普通电机功率密度低。

发明内容

[0003] 本发明的目的为解决现有定子为圆形的无轴承异步电机存在的问题,提出一种定子方形的无轴承异步电机,该电机的定子设计为方形,不仅加工简单,而且能进一步提高功率密度。
[0004] 为实现上述目的,本发明一种定子方形的无轴承异步电机采用的技术方案是:包括转子芯和定子,转子铁芯外同轴套有方形定子,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24个定子槽,24个定子槽是由8个相同的大槽、8个相同的中槽、8个相同的小槽组成;大槽、中槽、小槽各自每两两一组地相对于正方形的对角线对称布置,大槽最靠近对角线位置,中间是中槽,小槽距离对角线最远;每个小槽中设有小槽转矩绕组,每个中槽中的内层设有中槽转矩绕组、外层设有中槽悬浮绕组,每个大槽中的内层设有大槽转矩绕组、外层设有大槽悬浮绕组。
[0005] 进一步地,方形定子的正方形的两条对角线分别为x轴和y轴,从x轴正方向开始沿逆时针方向,大槽转矩绕组、中槽转矩绕组和小槽转矩绕组依序按照B+、B+、A-、A-、C+、C+、B-、B-、A+、A+、C-、C-、B+、B+、A-、A-、C+、C+、B-、B-、A+、A+、C-、C-顺序分布;大槽悬浮绕组和中槽悬浮绕组沿逆时针方向依序按照X+、X+、Y+、Y+、Y+、Y+、X-、X-、X-、X-、Y-、Y-、Y-、Y-、X+、X+顺序分布。
[0006] 更进一步地,x轴正方向两侧的一组大槽悬浮绕组和x轴正方向两侧的一组中槽悬浮绕组的绕组方向相同,但和x轴负方向两侧的一组大槽悬浮绕组和一组中槽悬浮绕组的绕组方向相反;y轴正方向两侧的一组大槽悬浮绕组和y轴正方向两侧的一组中槽悬浮绕组的绕组方向相同,但和y轴负方向两侧的一组大槽悬浮绕组和一组中槽悬浮绕组的绕组方向相反。
[0007] 进一步地,24个定子槽形成24个定子齿,每个定子齿的齿部宽度均相等,每个定子槽的槽底部距离定子外壁的最短距离均相等。
[0008] 本发明能够充分利用方形硅钢原材料做成定子,进一步减小无轴承电机的尺寸,使得临界转速得到进一步提高,保证了无轴承异步电机的正常输出转矩和功率密度。相对于传统的无轴承异步电机,提高了电机的功率密度,解决无轴承电机功率密度比同转速普通电机低的问题。附图说明
[0009] 图1是本发明一种定子方形的无轴承异步电机结构主视图;
[0010] 图2是图1所示本发明在x轴方向的径向悬浮产生原理图;
[0011] 图3是图1所示本发明在y轴方向的径向悬浮力产生原理图;
[0012] 图中:1.方形定子;2.转子铁芯;3.转轴;7.转子导条;8.转子槽;11.大槽;12.中槽;13.小槽;41.中槽悬浮绕组;51.大槽悬浮绕组;61.大槽转矩绕组;62.中槽转矩绕组;63.小槽转矩绕组。

具体实施方式

[0013] 参见图1,本发明的中间是转轴3,转轴3外同轴固定套有转子铁芯2,转子铁芯2外同轴套有方形定子1,转子铁芯2和方形定子1之间留有径向间隙。方形定子1的外壁横截面是正方形,内孔是圆形,内孔壁与转子铁芯2外壁之间是径向间隙。
[0014] 方形定子1的正方形的四角处各有圆弧倒角。方形定子1上设有24个定子槽,形成24个定子齿。这24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15度。
24个定子槽是由8个相同的大槽11、8个相同的中槽12、8个相同的小槽13组成。8个相同的大槽11中每两两一组,且相对于正方形的对角线对称布置,8个相同的中槽12中每两两一组,且相对于正方形的对角线对称布置,8个相同的小槽13中每两两一组,且相对于正方形的对角线对称布置。其中,大槽11最靠近正方形的对角线位置,其次,中间为中槽12,小槽13距离正方形的对角线最远。
[0015] 大槽11、中槽12和小槽13的槽宽需要保证每个定子齿的齿部宽度相等,大槽11、中槽12和小槽13的槽深需要保证每个槽距离方形定子1的外壁的最短距离均相等,即24个定子槽的槽底部距离定子外壁的最短距离均相等。由于越靠近正方形的对角线的位置处的定子内孔和定子外壁之间的距离越大,所以大槽11槽底部的宽度大于中槽12槽底部的宽度,大槽11的槽深大于中槽12的槽深,中槽12槽底部的宽度大于小槽13槽底部的宽度,中槽12的槽深大于小槽13的槽深。
[0016] 每个小槽13中设有小槽转矩绕组63,每个中槽12中的内层设有中槽转矩绕组62、外层设有中槽悬浮绕组41,每个大槽11中的内层设有大槽转矩绕组61、外层设有大槽悬浮绕组51。小槽转矩绕组63、中槽转矩绕组62和大槽转矩绕组61的数相同,保证电机正常输出转矩和功率密度。
[0017] 大槽11根据大槽转矩绕组61的剩余空间大小比例来分布大槽悬浮绕组51的匝数,中槽12根据中槽转矩绕组62的剩余空间大小比例来分布中槽悬浮绕组41,大槽悬浮绕组51的匝数比中槽悬浮绕组41的匝数多。
[0018] 在转子铁芯2上沿圆周方向均匀布置19个转子槽8,每个转子槽8内固定嵌有一个转子导条7,转子导条7是鼠笼型的结构,材料是
[0019] 由大槽转矩绕组61、中槽转矩绕组62和小槽转矩绕组63组成的定子转矩绕组的极对数为2,按照电机绕组24槽4极节距为6的方案绕制成2对极,转子导条7感应出极对数为2对极,悬浮力绕组极对数为1,满足悬浮力绕组极对数等于转矩绕组极对数 ±1的关系。当定子转矩绕组采用逆变器供电通三相交流电,则悬浮绕组通相同频率电流和改变相位来得到悬浮力。
[0020] 参见图2和图3,设方形定子1的正方形的两条对角线分别为x轴和y轴,图2中右上角方向为x轴正方向,左上角方向为y轴正方向。从x轴正方向开始,沿逆时针方向,24个定子槽内由大槽转矩绕组61、中槽转矩绕组62和小槽转矩绕组63组成的定子转矩绕组的A、B、C相三相依序按照B+、B+、A-、A-、C+、C+、B-、B-、A+、A+、C-、C-、B+、B+、A-、A-、C+、C+、B-、B-、A+、A+、C-、C-顺序分布,每个定子槽内的转矩绕组都为双层绕组,每个定子槽内的双层绕组为相同方向绕组,带“+”表示转矩绕组从外向里面绕,带“-”表示转矩绕组从里向外面绕。
[0021] x轴正方向两侧的一组大槽悬浮绕组51和x轴正方向两侧的一组中槽悬浮绕组41的绕组方向相同,但和x轴负方向两侧的一组大槽悬浮绕组51和一组中槽悬浮绕组41的绕组方向相反。x轴方向两侧的两组大槽悬浮绕组51和两组中槽悬浮绕组41为X悬浮绕组。同理,在y轴方向两侧的两组中槽悬浮绕组41和两组大槽悬浮绕组51为Y悬浮绕组,y轴正方向两侧的一组大槽悬浮绕组51和y轴正方向两侧的一组中槽悬浮绕组41的绕组方向相同,但和y轴负方向两侧的一组大槽悬浮绕组51和一组中槽悬浮绕组41的绕组方向相反。由大槽悬浮绕组51和中槽悬浮绕组41组成的悬浮绕组,沿逆时针方向依序按照X+、X+、Y+、Y+、Y+、Y+、X-、X-、X-、X-、Y-、Y-、Y-、Y-、X+、X+顺序分布。
[0022] 本发明工作时,参见图2和图3,绕组A、B、C相通电相位如下:A相绕组通电相位180度,B相绕组通电相位60度,C相绕组通电相位-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,B相和C相转矩绕组产生磁通 ,磁通 ,磁通 绕靠近x轴正方向和负反向的2个大槽11、2个中槽12顺时针分布,以及绕靠近y轴正反向和负反向2个大槽11、2个中槽12逆时针分布。在图2和图3中,保持转矩绕组产生磁通不变的情况下,改变X悬浮绕组和Y悬浮绕组的通电电流大小和相位,可以产生不同大小和方向的悬浮力Fx和Fy。
[0023] 改变悬浮力Fx的大小和正负的原理为:如图2,悬浮绕组的X相相位90度,绕组X+通电方向为正,绕组X-通电方向为负,悬浮绕组产生磁通 ,磁通 绕x轴正方向的2个大槽11、2个中槽12顺时针分布,磁通 绕x轴负方向的2个大槽11、2个中槽12逆时针分布,同时电机转矩绕组产生磁通 的方向在x轴正方向和负方向为顺时针分布,悬浮绕组和转
矩绕组产生的磁通叠加后,在y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Fx1、Fx2、Fx3、Fx4。在x轴负方向的电磁吸力相互抵消,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,当X相通电反向时,产生磁通方向同如图2中的磁通 方向相反,转矩绕组磁通方向不变,悬浮绕组和转矩绕组的磁通叠加后,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。
[0024] 改变悬浮力Fy的大小和正负的原理为:如图3,悬浮绕组的Y相相位270度,Y+通电方向为负,Y-通电方向为正,悬浮绕组产生磁通 ,磁通 绕y轴正方向的2个大槽11、2个中槽12逆时针分布,磁通 绕y轴负方向的2个大槽11、2个中槽12顺时针分布,同时电
机转矩绕组产生磁通 的方向在y轴正方向和负方向为逆时针分布,悬浮绕组和转矩绕
组的磁通叠加后,如图3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Fy1、Fy2、Fy3、Fy4。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相通电反向时,产生的磁通和图3中磁通 方向相反,转矩绕组磁通方向不变,悬浮绕组和转矩绕组的磁通叠加后,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。
[0025] 转子铁芯2在x轴方向X悬浮绕组没通电情况下,处于平衡位置。若转子铁芯2受外扰力作用偏向x轴负方向,则悬浮绕组X绕组通电产生图2中的磁通 ,磁通叠加后,转矩绕组磁通 和悬浮绕组磁通 在产生x轴正方向加强,在x轴负方向消弱,x轴正方向加强的方向产生吸力合力Fx,即可让转子铁芯2回到平衡位置。同理,当转子铁芯2受外扰力作用偏向x轴正方向,悬浮绕组X绕组中通电方向改变,产生x轴负方向的吸力合力Fx,即可让转子铁芯2回到平衡位置。若转子受外扰力作用偏向y轴负方向,则图3中悬浮绕组Y绕组通电产生磁通 ,磁通叠加后,转矩绕组磁通 和悬浮绕组磁通 在y轴正方向加强,在y轴
负方向消弱,在y轴正方向加强的方向产生吸力合力Fy,即可让转子铁芯2回到平衡位置。同理,若转子受外扰力作用偏向y轴正方向,则按照图3中悬浮绕组Y绕组反方向通电,产生y轴负方向的吸力合力Fy,即可让转子铁芯2回到平衡位置。定子转矩绕组在通电不变的情况下,通过改变悬浮绕组X绕组和悬浮绕组Y绕组电流的大小和通电方向,可以实现任意方向的悬浮力,克服任意方向的扰动回到平衡位置。
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