本發(fā)明涉及一種無(wú)軸承電機(jī)的結(jié)構(gòu)，適用于電動(dòng)汽車的飛輪電池這一特殊領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電動(dòng)汽車的舒適性好、對(duì)環(huán)境污染小、使用能源為可再生的電能，但是電動(dòng)汽車使用的化學(xué)電池壽命低、續(xù)航里程短、對(duì)環(huán)境有一定的污染，這對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展及普及帶來(lái)很多問(wèn)題。近年來(lái)利用物理儲(chǔ)能的飛輪電池由于具有壽命高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)的飛輪電池其內(nèi)部的機(jī)械軸承在飛輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)存在機(jī)械磨損，這會(huì)引起升溫及降低飛輪電池的效率的問(wèn)題。

無(wú)軸承電機(jī)是結(jié)合磁軸承與電機(jī)功能于一體的一種新型電機(jī)，它的內(nèi)部有兩套繞組，分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與懸浮力，通過(guò)調(diào)節(jié)兩套繞組內(nèi)的電流的大小與相位可以控制轉(zhuǎn)矩的大小與懸浮力的大小。因此無(wú)軸承電機(jī)在正常工作時(shí)無(wú)機(jī)械接觸，非常適合用于高速場(chǎng)合如飛輪儲(chǔ)能、航空航天等領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的無(wú)軸承電機(jī)內(nèi)部有兩套極對(duì)數(shù)相差一的轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組這兩套組繞組，兩套繞組產(chǎn)生極對(duì)數(shù)相差一的磁場(chǎng)，分別用來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩與懸浮力。這種結(jié)構(gòu)的無(wú)軸承電機(jī)發(fā)展比較成熟，但是也存在以下問(wèn)題：無(wú)軸承電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組相耦合，懸浮力會(huì)受到轉(zhuǎn)矩繞組影響，因此會(huì)導(dǎo)致懸浮力控制比較難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的內(nèi)容是為了克服上述現(xiàn)有無(wú)軸承電機(jī)的不足，提出一種轉(zhuǎn)矩繞組磁場(chǎng)與懸浮繞組磁場(chǎng)耦合度低，且極對(duì)數(shù)設(shè)計(jì)不受限制的一種新型電動(dòng)汽車飛輪電池用無(wú)軸承電機(jī)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明具有由外而內(nèi)同軸嵌套的外定子、內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子，外定子的內(nèi)壁沿圓周方向均勻分布四個(gè)外定子齒，每一個(gè)外定子齒上都繞有懸浮繞組；在每?jī)蓚€(gè)外定子齒之間，沿外定子的內(nèi)壁表面上固定滿貼有一塊扇形隔磁層；在每一塊扇形隔磁層的內(nèi)表面的正中間位置上都固定貼有一個(gè)內(nèi)定子，每個(gè)內(nèi)定子的徑向截面結(jié)構(gòu)為E型，內(nèi)定子的兩端和正中間各布置一個(gè)內(nèi)定子齒，外定子齒的內(nèi)徑等于內(nèi)定子齒的內(nèi)徑；在每?jī)蓚€(gè)內(nèi)定子齒正中間的內(nèi)定子的軛部上均嵌有一塊永磁體，每塊永磁體均切向充磁，充磁方向指向中間的內(nèi)定子齒，每個(gè)內(nèi)定子上的兩塊永磁體的充磁方向相反，在每個(gè)內(nèi)定子的正中間的內(nèi)定子齒上繞有轉(zhuǎn)矩繞組。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)矩繞組為兩極兩相繞組，四個(gè)外定子齒上的懸浮繞組依次是線圈X₁、X₂、X₃與X₄，線圈X₁與線圈X₃相面對(duì)且通入的電流方向相同，線圈X₂與線圈X₄相面對(duì)且通入的電流方向相反。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明中的轉(zhuǎn)矩繞組磁路是從內(nèi)定子出發(fā)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子再回到內(nèi)定子；懸浮繞組磁路是從外定子出發(fā)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子再回到外定子，由于內(nèi)定子與外定子之間嵌有非導(dǎo)磁材料，轉(zhuǎn)矩繞組磁場(chǎng)與懸浮繞組磁場(chǎng)在內(nèi)外定子內(nèi)相互分離，因此懸浮磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)矩磁場(chǎng)在定子與氣隙處的磁路重合度很小，因此兩者耦合度很低。

2、本發(fā)明中的懸浮力由均勻分布在外定子齒上的四組懸浮繞組直接產(chǎn)生，每組懸浮繞組內(nèi)的電流均可以單獨(dú)控制，因此可通過(guò)控制每組選入繞組內(nèi)的電流來(lái)直接控制懸浮力，整個(gè)過(guò)程響應(yīng)迅速，懸浮力控制簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩磁路短，控制精度比較高，結(jié)構(gòu)也緊湊。

3、本發(fā)明中的轉(zhuǎn)矩磁場(chǎng)由嵌入在內(nèi)定子齒內(nèi)的永磁體和轉(zhuǎn)矩繞組共同產(chǎn)生，這可以降低轉(zhuǎn)矩電流，從而減小電流損耗。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種電動(dòng)汽車飛輪儲(chǔ)能用無(wú)軸承電機(jī)的主視結(jié)構(gòu)圖；

圖2是圖1中的外定子結(jié)構(gòu)以及幾何尺寸標(biāo)注圖；

圖3是圖1中的單個(gè)內(nèi)定子的結(jié)構(gòu)以及幾何尺寸標(biāo)注圖；

圖4是本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理圖；

圖5是本發(fā)明的懸浮力產(chǎn)生原理圖；

附圖中標(biāo)號(hào)及名稱：1.外定子；2.隔磁層；3.內(nèi)定子；4.永磁體；5.懸浮繞組；6.轉(zhuǎn)矩繞組；7.轉(zhuǎn)子；8.轉(zhuǎn)矩繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)；9.永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)；10.懸浮繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)；11.外定子齒；12.轉(zhuǎn)子齒。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明由外定子1、隔磁層2、內(nèi)定子3、永磁體4、懸浮繞組5、轉(zhuǎn)矩繞組6與轉(zhuǎn)子7組成。其中，外定子1、內(nèi)定子3與轉(zhuǎn)子7由外而內(nèi)同軸嵌套，外定子1和內(nèi)定子3的內(nèi)徑相同，轉(zhuǎn)子7和外定子1之間留有徑向氣隙。

參見(jiàn)圖2，外定子1的材料為導(dǎo)磁的硅鋼片，外定子1外形為圓筒形，圓筒的壁厚a為6~8mm，即外定子1的軛部徑向厚度a為6~8mm。外定子1的內(nèi)壁沿圓周方向均勻分布四個(gè)外定子齒11，外定子齒11的齒寬b為5~7mm，外定子齒11的齒頂?shù)烬X根的徑向距離c為15~20mm。每一個(gè)外定子齒11上都繞有懸浮繞組5。在每?jī)蓚€(gè)外定子齒11之間，沿外定子1的內(nèi)壁表面都固定貼有一塊扇形隔磁層2，扇形隔磁層2滿貼在外定子齒11之間，4個(gè)外定子齒11之間貼有4塊扇形隔磁層2，4塊扇形隔磁層2的形狀與結(jié)構(gòu)均相同，扇形隔磁層2在徑向上的厚度d為2~4mm，扇形隔磁層2所占弧度為90°。每塊扇形隔磁層2的外徑與外定子1的內(nèi)徑相同，且與外定子1同軸布置，扇形隔磁層2的材料為非導(dǎo)磁材料。在每一塊扇形隔磁層2的內(nèi)表面的正中間位置上都固定貼有一個(gè)內(nèi)定子3，共4個(gè)內(nèi)定子3，內(nèi)定子3的外徑與扇形隔磁層2的內(nèi)徑相同。每個(gè)內(nèi)定子3所占弧度為45°。內(nèi)定子3的材料為導(dǎo)磁的硅鋼片。

參見(jiàn)圖3，每個(gè)內(nèi)定子3的徑向截面結(jié)構(gòu)為E型，具有三個(gè)大小相同的內(nèi)定子齒K₁、K₂、K₃，其中一個(gè)內(nèi)定子齒K₂布置在內(nèi)定子3的正中間，另兩個(gè)內(nèi)定子齒K₁、K₃分別布置在內(nèi)定子3的E型結(jié)構(gòu)的兩端，端部的這兩個(gè)內(nèi)定子齒K₁、K₃與外定子齒11之間不接觸，留有空間以容納懸浮繞組5。相鄰兩個(gè)內(nèi)定子齒之間的夾角α為22.5°。內(nèi)定子齒K₁、K₂、K₃的齒寬與外定子齒11的齒寬相同，均為b。內(nèi)定子3的軛部的徑向厚度與內(nèi)定子齒K₁、K₂、K₃的齒寬相同也為b，內(nèi)定子齒K₁、K₂、K₃的徑向齒高e為7~10mm，但是必須滿足c=b+e+d，這樣，內(nèi)定子3、扇形隔磁層2和外定子1三者安裝好后，外定子齒11的內(nèi)徑等于內(nèi)定子齒K₁、K₂、K₃的內(nèi)徑。

在每?jī)蓚€(gè)內(nèi)定子齒 K₁、K₂、K₃正中間的內(nèi)定子3的軛部上均嵌有一塊永磁體4，永磁體4的內(nèi)、外徑與內(nèi)定子3軛部的內(nèi)、外徑對(duì)應(yīng)相等。這樣，每個(gè)內(nèi)定子3上的軛部上嵌有兩塊永磁體4，4個(gè)內(nèi)定子3的軛部上共嵌有八塊永磁體4。每塊永磁體4的切向厚度h為2~3mm，每塊永磁體4均沿圓周方向切向充磁，每個(gè)內(nèi)定子3上的兩塊永磁體4的充磁方向相反，且切向均指向中間的內(nèi)定子齒K₂。在每個(gè)正中間的內(nèi)定子齒K₂上繞有轉(zhuǎn)矩繞組6。

參見(jiàn)圖1，轉(zhuǎn)子7有14個(gè)轉(zhuǎn)子齒12，轉(zhuǎn)子齒12的徑向高度為6~10mm，轉(zhuǎn)子齒12的齒寬與外定子齒11的齒寬相同，即齒寬轉(zhuǎn)子齒12的齒寬b為5~7mm。轉(zhuǎn)子齒12與外定子齒11之間留有徑向氣隙。

參見(jiàn)圖4，是本發(fā)明的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理圖，轉(zhuǎn)矩繞組6為兩極兩相繞組，當(dāng)轉(zhuǎn)矩繞組6的A相繞組A1、A2通電時(shí)，轉(zhuǎn)矩繞組6產(chǎn)生的磁路路徑8與永磁體4產(chǎn)生的磁路路徑9的方向相同，同一個(gè)內(nèi)定子3中的兩塊永磁體4產(chǎn)生的磁場(chǎng)路徑9依序經(jīng)過(guò)第一塊永磁體4、正中間的內(nèi)定子齒K2、氣隙、轉(zhuǎn)子齒12、氣隙、端部的定子齒K1或K3、第二塊永磁體4，永磁體4起到增強(qiáng)磁場(chǎng)的作用。

參見(jiàn)圖5，是本發(fā)明的懸浮力產(chǎn)生原理圖，4個(gè)外定子齒11上繞有的懸浮繞組5依次是調(diào)節(jié)線圈X₁、X₂、X₃與X₄，其中，線圈X₁與線圈X₃相面對(duì)，線圈X₂與線圈X₄相面對(duì)，線圈X₁與線圈X₃通入的電流方向相同，且線圈X₂與線圈X₄通入的電流方向相反。當(dāng)對(duì)線圈X₁、X₂、X₃與X₄通電時(shí)，以線圈X₁與線圈X₂形成的閉合回路為例，懸浮磁通依序通過(guò)線圈X₁所在的外定子齒11、外定子1的軛部，線圈X₂所在的外定子齒11、氣隙、轉(zhuǎn)子7、線圈X₁所在的外定子齒11形成閉合回路。分別調(diào)節(jié)線圈X₁、X₂、X₃與X₄內(nèi)的電流的大小即可調(diào)節(jié)沿水平或者垂直方向上的懸浮力。

根據(jù)以上所述，便可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下做出的其它的變化和修改，仍包括在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。