專利名稱：錐形無軸承異步電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種錐形無軸承異步電機(jī)，適用于離心機(jī)、渦輪分子泵、壓縮機(jī)、飛輪儲(chǔ)能、高速高精機(jī)械加工、航空航天、生命科學(xué)等眾多特殊電力傳動(dòng)場(chǎng)合，特別適用于需要無需潤(rùn)滑與密封、無機(jī)械接觸、無摩擦與磨損的無菌車間、真空技術(shù)、純凈潔室等特殊場(chǎng)合，屬于無軸承技術(shù)的磁懸浮電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
要實(shí)現(xiàn)無軸承異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，必須在徑向四個(gè)自由度，以及軸向單個(gè)自由度(共五個(gè)自由度)上同時(shí)施加約束。傳統(tǒng)的五自由度無軸承異步電機(jī)通常有以下三種結(jié)構(gòu)I.采用I個(gè)軸向磁懸浮軸承和2臺(tái)兩自由度無軸承異步電機(jī)構(gòu)成；2.采用I個(gè)軸向磁懸浮軸承、I個(gè)徑向磁懸浮軸承和I臺(tái)兩自由度無軸承異步電機(jī)構(gòu)成；3.采用I個(gè)三自由度徑向-軸向磁懸浮軸承和I臺(tái)兩自由度無軸承異步電機(jī)構(gòu)成。這三種結(jié)構(gòu)由于都采用了磁懸浮軸承，因此增大了系統(tǒng)的軸向長(zhǎng)度，降低了無軸承異步電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，限制了無軸承異步電機(jī)向更大功率和更高轉(zhuǎn)速方向的發(fā)展；并且磁懸浮軸承的正常工作需要一定數(shù)量的鐵芯、勵(lì)磁線圈、高性能功率放大驅(qū)動(dòng)電路以及價(jià)格不菲的高精度位移傳感器等，這些都導(dǎo)致了系統(tǒng)的成本增加。所以這三種結(jié)構(gòu)的五自由度無軸承異步電機(jī)存在機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高等缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化五自由度無軸承異步電機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且降低整個(gè)系統(tǒng)的體積和成本，從電機(jī)本體的角度實(shí)現(xiàn)無軸承異步電機(jī)系統(tǒng)五個(gè)自由度的高速懸浮運(yùn)行，本領(lǐng)域急需機(jī)械結(jié)構(gòu)更加緊湊、電機(jī)旋轉(zhuǎn)功能和五自由度懸浮功能更集中的新型無軸承異步電機(jī)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有五自由度無軸承異步電機(jī)系統(tǒng)的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、重量輕、功能更趨完善、功率密度大、承載力大、可靠性高的新型五自由度無軸承異步電機(jī)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是機(jī)械轉(zhuǎn)軸上對(duì)稱連接有分別設(shè)置在電機(jī)殼體左、右兩端的相同的左、右錐形無軸承異步電機(jī)，左、右錐形無軸承異步電機(jī)均由錐形定子、轉(zhuǎn)矩控制繞組、懸浮力控制繞組和錐形轉(zhuǎn)子組成，錐形轉(zhuǎn)子固定連接機(jī)械轉(zhuǎn)軸，在錐形定子上沿軸向開有若干個(gè)定子槽，每個(gè)所述定子槽沿徑向均設(shè)有內(nèi)、外兩層，在內(nèi)、外兩層中分別設(shè)有懸浮力控制繞組和轉(zhuǎn)矩控制繞組，所述懸浮力控制繞組的極對(duì)數(shù)與所述轉(zhuǎn)矩控制繞組的極對(duì)數(shù)相差為I。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于[0011]I.該錐形無軸承異步電機(jī)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的徑向懸浮和軸向懸浮，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在五個(gè)自由度上的主動(dòng)控制，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向長(zhǎng)度短，臨界轉(zhuǎn)速高，系統(tǒng)無功損耗小等優(yōu)點(diǎn)。2.摒棄了傳統(tǒng)五自由度無軸承異步電機(jī)所必需的磁懸浮軸承，使得電機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度、以及系統(tǒng)的無功損耗都得到了進(jìn)ー步的減小，簡(jiǎn)化了電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減小了電機(jī)的體積和重 量，降低了系統(tǒng)的成本，并且使得相應(yīng)的控制系統(tǒng)也得到大大的簡(jiǎn)化，易于工程實(shí)現(xiàn)；3.該錐形無軸承異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、具有高度集成性，縮短了轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度，提高了軸向空間利用效率與轉(zhuǎn)速較高，減小了系統(tǒng)的無功損耗，容易實(shí)現(xiàn)大功率高速和超聞速懸浮運(yùn)打。

圖I是本實(shí)用新型錐形無軸承異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào)和名稱為1.左錐形無軸承異步電機(jī)；2.右錐形無軸承異步電機(jī)；3.機(jī)械轉(zhuǎn)軸；11.錐形定子；12.轉(zhuǎn)矩控制繞組；13.懸浮力控制繞組；14.錐形轉(zhuǎn)子。圖2是本實(shí)用新型徑向、軸向懸浮的原理圖；圖中符號(hào)名稱為巧和/^是左錐形無軸承異步電機(jī)I產(chǎn)生的磁懸浮力矢量 ね、Fn和/分別是左側(cè)沿X軸、y軸和Z軸方向的磁懸浮力標(biāo)量'Fz和^是右錐形無軸承異步電機(jī)2產(chǎn)生的磁懸浮力矢量'Fjl2'Fy2和/7z2分別是右側(cè)沿X軸、y軸和z軸方向的磁懸浮力標(biāo)量。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，錐形無軸承異步電機(jī)包括電機(jī)殼體和機(jī)械轉(zhuǎn)軸3，機(jī)械轉(zhuǎn)軸3穿過電機(jī)殼體的左右兩端。在電機(jī)殼體左右兩端安裝兩臺(tái)完全相同的無軸承異步電機(jī)，即左錐形無軸承異步電機(jī)I和右錐形無軸承異步電機(jī)2,通過機(jī)械轉(zhuǎn)軸3將兩臺(tái)完全相同的無軸承異步電機(jī)對(duì)稱地連接。左錐形無軸承異步電機(jī)I或右錐形無軸承異步電機(jī)2均由錐形定子11、轉(zhuǎn)矩控制繞組12、懸浮力控制繞組13和錐形轉(zhuǎn)子14組成。錐形定子11由電エ硅鋼片疊壓而成，在錐形定子11上，沿軸向開出一定數(shù)量的若干定子槽，在徑向上，每個(gè)定子槽分為內(nèi)、外兩層，在內(nèi)、外兩層中分別放入懸浮力控制繞組13和轉(zhuǎn)矩控制繞組12，其中懸浮力控制繞組13的極對(duì)數(shù)與轉(zhuǎn)矩控制繞組12的極對(duì)數(shù)相差為I，錐形轉(zhuǎn)子14采用鼠籠式結(jié)構(gòu)，并固定連接在機(jī)械轉(zhuǎn)軸3上。圖2所示為本實(shí)用新型錐形無軸承異步電機(jī)的徑向、軸向懸浮的原理圖，左錐形無軸承異步電機(jī)I產(chǎn)生的磁懸浮力矢量Λ(和/^)，可以分解為三個(gè)方向上的磁懸浮力標(biāo)量，即徑向懸浮力/^、/\和軸向懸浮力/^，同理右錐形無軸承異步電機(jī)2產(chǎn)生的磁懸浮力矢量Z73 (和/74)，也可以分解為三個(gè)方向上的磁懸浮力標(biāo)量，即徑向懸浮力Fjl2ヽFy2和軸向懸浮力F也。其中通過控制徑向懸浮力/^和/^，以及/^和/^y2即可實(shí)現(xiàn)錐形無軸承異步電機(jī)徑向四個(gè)自由的懸浮，通過控制軸向懸浮力/和/^即可實(shí)現(xiàn)錐形無軸承異步電機(jī)在軸向單自由度的懸浮，因此通過將左錐形無軸承異步電機(jī)和右錐形無軸承異步電機(jī)對(duì)稱相連，可以構(gòu)成一臺(tái)錐形無軸承異步電機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電機(jī)在五個(gè)自由度上的懸浮。[0020]根據(jù)以上所述，便可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍的情況下做出的其它的變化和修 改，仍包括在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種錐形無軸承異步電機(jī)，包括電機(jī)殼體和機(jī)械轉(zhuǎn)軸(3)，機(jī)械轉(zhuǎn)軸(3)穿過電機(jī)殼體的左右兩端，其特征在于機(jī)械轉(zhuǎn)軸(3)上對(duì)稱連接有分別設(shè)置在電機(jī)殼體左、右兩端的相同的左、右錐形無軸承異步電機(jī)(1、2)，左、右錐形無軸承異步電機(jī)(1、2)均由錐形定子(11)、轉(zhuǎn)矩控制繞組(12)、懸浮力控制繞組(13)和錐形轉(zhuǎn)子(14)組成，錐形轉(zhuǎn)子(14)固定連接機(jī)械轉(zhuǎn)軸(3)，在錐形定子(11)上沿軸向開有若干個(gè)定子槽，每個(gè)所述定子槽沿徑向均設(shè)有內(nèi)、外兩層，在內(nèi)、外兩層中分別設(shè)有懸浮力控制繞組(13)和轉(zhuǎn)矩控制繞組(12)，所述懸浮力控制繞組(13)的極對(duì)數(shù)與所述轉(zhuǎn)矩控制繞組(12)的極對(duì)數(shù)相差為I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的錐形無軸承異步電機(jī)，其特征在于錐形轉(zhuǎn)子(14)為鼠籠式結(jié)構(gòu)，錐形定子(11)由電工硅鋼片疊壓而成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種錐形無軸承異步電機(jī)，機(jī)械轉(zhuǎn)軸上對(duì)稱連接有分別設(shè)置在電機(jī)殼體左、右兩端的相同的左、右錐形無軸承異步電機(jī)，左、右錐形無軸承異步電機(jī)均由錐形定子、轉(zhuǎn)矩控制繞組、懸浮力控制繞組和錐形轉(zhuǎn)子組成，錐形轉(zhuǎn)子固定連接機(jī)械轉(zhuǎn)軸，在錐形定子上沿軸向開有若干個(gè)定子槽，每個(gè)所述定子槽沿徑向均設(shè)有內(nèi)、外兩層，在內(nèi)、外兩層中分別設(shè)有懸浮力控制繞組和轉(zhuǎn)矩控制繞組，所述懸浮力控制繞組的極對(duì)數(shù)與所述轉(zhuǎn)矩控制繞組的極對(duì)數(shù)相差為1，摒棄了傳統(tǒng)五自由度無軸承異步電機(jī)所必需的磁懸浮軸承，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軸向長(zhǎng)度短、臨界轉(zhuǎn)速高及系統(tǒng)無功損耗小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K3/04GK202384967SQ20112044658
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者孫曉東, 左文全, 朱熀秋, 楊澤斌 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)