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专利信息

202310936532.5

2023-07-27

CN116937836B

2024-08-02

H02K1/16

2024-08-02

淮阴工学院

淮阴工学院

张秋虎,丁祖军,张慰聪,司绪祥,张涛,叶小婷,武莎莎,张晨,鲁庆,莫丽红

张秋虎,丁祖军,张慰聪,司绪祥,张涛,叶小婷,武莎莎,张晨,鲁庆,莫丽红

223000 江苏省淮安市经济技术开发区枚乘东路1号

苏良

南京苏高专利商标事务所(普通合伙)

摘要

本发明公开了一种无轴承电机及其设计方法,其中无轴承电机具有双层转矩绕组,降低了傅里叶气隙磁密谐波,提高了电机旋转稳定性,提高了电机寿命及效率;所述设计方法利用设计的公式来确定无轴承电机所产生的悬浮力,绕制单层悬浮绕组时,采用连续式排列结构,以相邻的两个悬浮绕组单元为一相;绕制双层转矩绕组时,采用分布式排列结构,以四个相邻的内绕组单元为一相,四个相邻的外绕组单元为一相,并将绕组跨距与极距设置为相等;最终设计出具有双层转矩绕组的无轴承电机,该设计方法解决了设计双层转矩绕组无轴承电机时的难点问题。

法律信息

法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
2025-01-03 专利实施许可合同备案的生效

专利实施许可合同备案的生效

IPC(主分类):H02K1/16

合同备案号:X2024980037471

让与人:淮阴工学院

受让人:淮安市天达医疗器械有限公司

发明名称:一种无轴承电机及其设计方法

申请公布日:20231024

授权公告日:20240802

许可种类:普通许可

备案日期:20241217

2024-08-02 授权

授权

2023-11-10 实质审查的生效

实质审查的生效

IPC(主分类):H02K1/16

2023-10-24 公开

公开

交易流程

  • 1

    用户完成
    实名认证

  • 2

    选中专利下单或
    咨询经纪人下单

  • 3

    签订相关
    交易合同

  • 4

    支付交易款至
    资金托管账户

  • 5

    用户确认收到
    官文、证书

  • 6

    平台支付款项
    给交易相对方

  • 7

    交易完成

所需资料

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发票

权利要求

1.一种无轴承电机,包括定子和转子,定子与转子之间留有气隙,转子外侧均匀设有多块永磁体,定子内侧沿周向均匀设有若干定子槽,定子槽中设置有内层悬浮绕组和外层转矩绕组,其特征在于,悬浮绕组为单层,转矩绕组为双层;单层悬浮绕组采用连续式排列结构,双层转矩绕组采用分布式排列结构;绕制单层悬浮绕组时,以相邻的两个悬浮绕组单元为一相,三相绕组绕制方式相同,电流相按顺时针次序分布方式为X正相、Y负相、Z正相、X负相、Y正相、Z负相;绕制双层转矩绕组时,以四个相邻的内绕组单元为一相,四个相邻的外绕组单元为一相;记定子槽数为z,永磁体极数为q,连续式绕组排列下,绕组跨距与极距相等,即外绕组与内绕组的绕组跨距三相绕制方式相同,电流相按顺时针次序分布方式为A正相、B负相、C正相、A负相、B正相、C负相。2.根据权利要求1所述的无轴承电机,其特征在于,定子内、外径分别为37.5mm和60mm,转子内、外径分别为13mm和37mm;定子槽深度为0.5mm,槽口宽度为2.5mm。3.根据权利要求1所述的无轴承电机,其特征在于,双层转矩绕组每个绕组的匝数与所通电流大小均为单层转矩绕组时的一半。4.根据权利要求1所述的无轴承电机,其特征在于,永磁体均采用径向充磁方式,以N极S极交替环绕表贴于转子上。5.根据权利要求4所述的无轴承电机,其特征在于,永磁体为4块,定子槽数为24,6.一种权利要求1所述的无轴承电机的设计方法,其特征在于,无轴承电机的径向悬浮力为:其中,Fx为x轴方向的悬浮力,Fy为y轴方向的悬浮力;M0和M1为悬浮绕组的两个电感系数;id为转矩绕组d轴电流;iq为转矩绕组q轴电流;ix为悬浮绕组d轴电流;iy为悬浮绕组q轴电流。7.根据权利要求6所述的无轴承电机的设计方法,其特征在于,其中,μ为真空磁导率;r为转子外径;N1为悬浮绕组有效串联匝数;N2为转矩绕组有效串联匝数;δ为气隙长度;ρ为转子极弧宽度参数。

说明书

一种无轴承电机及其设计方法技术领域本发明涉及一种无轴承电机及其设计方法。背景技术现有无轴承电机为单层转矩绕组结构,普遍存在傅里叶气隙磁密过高的问题,导致电机旋转不稳定、效率低下。发明内容发明目的:本发明的第一目的是提供一种气隙磁密谐波低、旋转更稳定、寿命及效率更高的无轴承电机;本发明的第二目的是提供该无轴承电机的设计方法。技术方案:本发明所述的无轴承电机,包括定子和转子,定子与转子之间留有气隙,转子外侧均匀设有多块永磁体,定子内侧沿周向均匀设有若干定子槽,定子槽中设置有内层悬浮绕组和外层转矩绕组,悬浮绕组为单层,转矩绕组为双层。本发明借鉴永磁同步电机,在无轴承电机中将单层转矩绕组优化为双层转矩绕组,能够大幅度降低电机气隙磁密谐波,使得电机旋转更稳定,提升了电机的寿命与效率。进一步地,定子内、外径分别为37.5mm和60mm,转子内、外径分别为13mm和37mm;定子槽深度为0.5mm,槽口宽度为2.5mm。虽然无轴承电机采用双层转矩绕组能够解决气隙磁密谐波过高的问题,然而在无轴承电机中设计双层转矩绕组是极其困难的,这是由于传统轴承电机中绕组仅用于产生旋转所需要的力,而无轴承电机有所不同,绕组不仅需要满足电机旋转性能的要求,还需考虑绕组能否产生电机悬浮所需要的悬浮力。经对此问题的长时间研究,本发明提供一种无轴承电机的设计方法来解决这一问题。本发明所述的无轴承电机的设计方法,无轴承电机的径向悬浮力为:其中,Fx为x轴方向的悬浮力,Fy为y轴方向的悬浮力;M0和M1为悬浮绕组的两个电感系数;id为转矩绕组d轴电流;iq为转矩绕组q轴电流;ix为悬浮绕组d轴电流;iy为悬浮绕组q轴电流。进一步地,其中,μ为真空磁导率;r为转子外径;N1为悬浮绕组有效串联匝数;N2为转矩绕组有效串联匝数;δ为气隙长度;ρ为转子极弧宽度参数。进一步地,单层悬浮绕组采用连续式排列结构,双层转矩绕组采用分布式排列结构。进一步地,绕制单层悬浮绕组时,以相邻的两个悬浮绕组单元为一相,三相绕组绕制方式相同,电流相按顺时针次序分布方式为X正相、Y负相、Z正相、X负相、Y正相、Z负相。进一步地,绕制双层转矩绕组时,以四个相邻的内绕组单元为一相,四个相邻的外绕组单元为一相;记定子槽数为z,永磁体极数为q,连续式绕组排列下,绕组跨距与极距相等,即外绕组与内绕组的绕组跨距三相绕制方式相同,电流相按顺时针次序分布方式为A正相、B负相、C正相、A负相、B正相、C负相。进一步地,双层转矩绕组每个绕组的匝数与所通电流大小均为单层转矩绕组时的一半。进一步地,永磁体均采用径向充磁方式,以N极S极交替环绕表贴于转子上。进一步地,永磁体为4块,定子槽数为24,有益效果:本发明与现有技术相比,具有如下显著优点:本发明将现有无轴承电机中的单层转矩绕组优化为双层,在性能方面,相比于单层转矩绕组的无轴承电机,大幅度降低了傅里叶气隙磁密谐波,提高了电机旋转稳定性,提高了电机寿命及效率;在生产工艺方面,与单层转矩绕组并无本质不同,生产工艺简单。附图说明图1是本申请实施例提供的一种无轴承电机的结构示意图;图2是本申请实施例中无轴承电机的双层转矩绕组分布示意图;图3是本申请实施例中无轴承电机的绕组示意图;图4是本申请实施例中无轴承电机的双层转矩绕组单独作用下磁力线图;图5是本申请实施例中无轴承电机的单层悬浮绕组单独作用下磁力线图;图6是本申请实施例中单层转矩绕组无轴承电机的气隙磁密曲线;图7是本申请实施例中双层转矩绕组无轴承电机的气隙磁密曲线;图8是本申请实施例中双层转矩绕组无轴承电机与单层转矩绕组无轴承电机的气隙磁密傅里叶分解对比图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1所示,为本申请实施例提供的一种无轴承电机,该无轴承电机包括定子1和转子5,定子1与转子5之间留有气隙6,转子5外侧均匀设有多块永磁体4,定子1内侧沿周向均匀设有若干定子槽,定子槽中设置有内层悬浮绕组2和外层转矩绕组3,其中悬浮绕组2为单层,转矩绕组3为双层。悬浮绕组2用于控制电机产生径向悬浮力,转矩绕组3用于控制电机旋转。本申请实施例还提供一种具有双层转矩绕组的无轴承电机的设计方法,该无轴承电机的径向悬浮力为:其中,Fx为x轴方向的悬浮力,Fy为y轴方向的悬浮力;M0和M1为悬浮绕组的两个电感系数;id为转矩绕组d轴电流;iq为转矩绕组q轴电流;ix为悬浮绕组d轴电流;iy为悬浮绕组q轴电流。其中,μ为真空磁导率;r为转子外径;N1为悬浮绕组有效串联匝数;N2为转矩绕组有效串联匝数;δ为气隙长度;ρ为转子极弧宽度参数。结合图2和图3,单层悬浮绕组采用连续式排列结构,绕制单层悬浮绕组时,以相邻的两个悬浮绕组单元为一相,三相绕组绕制方式相同,电流相按顺时针次序分布方式为X正相、Y负相、Z正相、X负相、Y正相、Z负相。双层转矩绕组采用分布式排列结构,绕制双层转矩绕组时,以四个相邻的内绕组单元为一相,四个相邻的外绕组单元为一相;记定子槽数为z,永磁体极数为q,连续式绕组排列下,绕组跨距与极距相等,即外绕组与内绕组的绕组跨距三相绕制方式相同,电流相按顺时针次序分布方式为A正相、B负相、C正相、A负相、B正相、C负相。双层转矩绕组每个绕组的匝数与所通电流大小均为原先单层转矩绕组时的一半。永磁体4均采用径向充磁方式,以N极S极交替环绕表贴于转子5上。本实施例中,定子1内、外径设计为37.5mm和60mm,转子5内、外径设计为13mm和37mm;定子槽深度设计为0.5mm,槽口宽度设计为2.5mm。永磁体4设计为四块,定子槽数设计为24个,根据图4的磁力线可以得出,双层转矩绕组作用下,气隙磁密呈标准的两极结构,使得电机平稳旋转。根据图5的磁力线可以得出,单层悬浮绕组作用下,气隙磁密呈标准的四极结构,提供电机悬浮所需的悬浮力。根据图6单层转矩绕组气隙磁密和图7双层转矩绕组气隙磁密对比可以得出(图6和图7中,Br表示气隙磁密,单位为Tesla),将单层转矩绕组改为双层转矩绕组后,气隙磁密图更加平滑,谐波含量耕地,有效提高了电机旋转的稳定性。根据图8气隙磁密傅里叶分析对比得出,双层转矩绕组结构相比于单层转矩绕组结构气隙磁密谐波含量更低,且畸变程度也优于单层转矩绕组。综上,相比于现有的无轴承单层转矩绕组电机,本发明无轴承双层转矩绕组电机不仅综合了传统的无轴承单层转矩绕组电机的优点,同时还减少了电机傅里叶气隙磁密谐波含量,大幅度降低电机在旋转过程中的扰动,提高电机运行过程中的稳定性,使电机性能得到有效改善。

交易流程

  • 1

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  • 2

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  • 3

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    交易合同

  • 4

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    资金托管账户

  • 5

    用户确认收到
    官文、证书

  • 6

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