一种可主动调节轴向力的无轴承电机及其调节方法与流程

本发明属于无轴承电机，涉及一种可主动调节轴向力的无轴承电机及其调节方法。

背景技术：

1、无轴承电机摒弃了传统电机中支承电机转子的机械轴承，转而利用磁场力将转子悬浮于电机内，具有无机械磨损、产生污染物少、能耗低、允许转速高、噪声小、寿命长、无需润滑等优点。然而，要实现转子长时间高速稳定旋转，确保转子始终位于电机物理中心位置至关重要。在实际运行过程中，转子会受到较大的液体静压力或动反力作用，使得叶轮出现轴向偏移，而当前采用的电机结构在转子出现轴向偏移时，无法主动调节轴向磁拉力，只能依赖被动调节，即靠转子与定子铁芯的轴向方向上的磁拉力将转子拉回铁芯齿部轴向中心，但这种被动调节方式难以抵抗静压力或动反力造成的轴向冲击。此外，被动调节耗时较长，不能快速回到电机物理中心位置，且被动调节无法根据实际情况将转子调整到最佳位置，可能会导致在部分工况下，转子实际上并不位于电机物理中心。故需要提出一种设计方案能够主动调节电机轴向磁拉力，使得转子能够快速调整偏心位置，从而保持转子稳定运行。

2、现有的无轴承电机结构见图1，包括定子l-1，悬浮绕组l-2，驱动绕组l-3，端部导磁端环件l-4，转子l-5，其中定子l-1形成的物理中心定义为og。其中悬浮绕组l-2与驱动绕组l-3绕制在同一定子铁芯l-1上，定子铁芯端面轴向平齐。其中驱动绕组通电形成p对极磁场，悬浮绕组通电后形成p±1对极磁场；转子l-5由硬磁材料构成，磁场为p对极，当转子发生偏心时，悬浮绕组根据偏心的大小和方向以及磁钢充磁方向施加电流，给转子施加与偏心方向相反方向的磁拉力，从而将转子拉回物理中心og。

3、现有技术方案中，当转子发生偏移时，只能通过被动调节磁拉力，将转子拉回到电机物理中心，而这种调节方式难以抵抗静压力或动反力造成的轴向冲击，且无法根据实际情况将转子调整到最佳位置，可能会导致在部分工况下，转子实际上并不位于电机物理中心。同时，现有技术方案在调节磁拉力时，需要考虑转子磁钢充磁方向，这使得算法复杂且稳定性不佳。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种可主动调节轴向力的无轴承电机及其调节方法，该电机能通过悬浮绕组通电形成的磁场来主动调节轴向磁拉力。

2、一种可主动调节轴向力的无轴承电机，包括定子、驱动绕组、悬浮绕组、端部导磁端环件和转子；所述的定子包括多个定子铁芯，多个定子铁芯沿端部导磁端环件圆周均匀分布；每个定子铁芯包括第一定子铁芯和第二定子铁芯，第一定子铁芯和第二定子铁芯为定子铁芯的内外两层，分布在外层的较长为长定子，分布在内层的较短为短定子。转子位于多个定子铁芯中部。

3、驱动绕组的线圈绕制在相邻两个定子铁芯上，悬浮绕组的线圈绕制在每个第一定子铁芯和每个第二定子铁芯上。相对设置的定子铁芯的第一定子铁芯和第二定子铁芯上串联并按相同方向绕制悬浮绕组的线圈，一个线圈增强磁钢形成的磁场，另一个线圈减弱磁钢形成的磁场。

4、进一步的，间隔位置的第一定子铁芯悬浮绕组线圈串联分别形成悬浮支路a1、b1，a1、b1两个支路通电形成旋转变化的磁场c1；间隔位置的第二定子铁芯悬浮绕组线圈串联分别形成悬浮支路a2、b2，a2、b2两个支路通电形成旋转变化的磁场c2。

5、进一步的，所述的第一定子铁芯和第二定子铁芯均为7字硅钢，第一定子铁芯和第二定子铁芯的两端面均齐平。定义绕组端面为垂直端面，另一侧为水平端面。定义第一定子铁芯的水平端面轴向厚度为t1，第二定子铁芯的水平端面轴向厚度为t2，第一定子铁芯和第二定子铁芯两水平端面顶部的轴向距离为t3。当t3＝t1时，第一定子铁芯和第二定子铁芯的水平端面贴合，此时转子控制精度更高，稳定性更佳。

6、进一步的转子位于多个定子铁芯水平端面中部，且转子轴向宽度大于t1、t2、t3。

7、采用上述无轴承电机，有如下轴向力调整方法，具体为：当转子轴向偏心时，对各悬浮支路分配大小不同的电流，当增强磁钢磁场的绕组所在的定子为长定子时，则会对转子施加轴向向外的磁拉力；当增强磁钢磁场的绕组所在的定子为短定子时，则会对转子施加轴向向里的磁拉力。通过分配两悬浮支路所需的电流，来主动调节轴向磁拉力的方向及大小，使得转子能够快速调整偏心位置。

8、在传统的电机设计中，磁钢的充磁方向会对磁拉力的分布和大小产生影响，而本发明通过设置长短不一的两种定子，并将相对布置的两种定子上的悬浮绕组串联且绕制方向相同，通过对两支路分配不同大小的电流，可以直接影响气隙中的磁感应强度分布，进而实现对磁拉力方向及大小的主动调节，且无需考虑磁钢充磁方向，能够保证转子快速、准确地回到电机物理中心。

技术特征：

1.一种可主动调节轴向力的无轴承电机，包括定子、驱动绕组、悬浮绕组、端部导磁端环件和转子；其特征在于：

2.如权利要求1所述的可主动调节轴向力的无轴承电机，其特征在于：间隔位置的第一定子铁芯悬浮绕组线圈串联分别形成悬浮支路a1、b1，a1、b1两个支路通电形成旋转变化的磁场c1；间隔位置的第二定子铁芯悬浮绕组线圈串联分别形成悬浮支路a2、b2，a2、b2两个支路通电形成旋转变化的磁场c2。

3.如权利要求1所述的可主动调节轴向力的无轴承电机，其特征在于：所述的第一定子铁芯和第二定子铁芯均为7字硅钢，第一定子铁芯和第二定子铁芯的两端面均齐平；定义绕组端面为垂直端面，另一侧为水平端面；定义第一定子铁芯的水平端面轴向厚度为t1，第二定子铁芯的水平端面轴向厚度为t2，第一定子铁芯和第二定子铁芯两水平端面顶部的轴向距离为t3；

4.如权利要求3所述的可主动调节轴向力的无轴承电机，其特征在于：转子位于多个定子铁芯水平端面中部，且转子轴向宽度大于t1、t2、t3。

5.采用如权利要求1-4任意一项权利要求所述的无轴承电机，有如下轴向力调整方法，其特征在于：具体为：当转子轴向偏心时，对各悬浮支路分配大小不同的电流，当增强磁钢磁场的绕组所在的定子为长定子时，则会对转子施加轴向向外的磁拉力；当增强磁钢磁场的绕组所在的定子为短定子时，则会对转子施加轴向向里的磁拉力；通过分配两支路所需的电流，来主动调节轴向磁拉力的方向及大小，使得转子能够快速调整偏心位置。

技术总结
本发明涉及一种可主动调节轴向力的无轴承电机及其调节方法。本发明每个定子铁芯包括内外分布的第一定子铁芯和第二定子铁芯；驱动绕组的线圈绕制在相邻两个定子铁芯上，悬浮绕组的线圈绕制在每个第一定子铁芯和每个第二定子铁芯上。相对设置的定子铁芯的第一定子铁芯和第二定子铁芯上串联并按相同方向绕制悬浮绕组的线圈，一个线圈增强磁钢形成的磁场，另一个线圈减弱磁钢形成的磁场。本发明通通过调节两悬浮线圈的电流，来主动调节轴向磁拉力的方向及大小，使得转子能够快速调整偏心位置。

技术研发人员：方泽华,吴进山,赵楠楠,刘成卫,付婧媛
受保护的技术使用者：浙江启尔机电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/14