【技术实现步骤摘要】
本公开涉及无轴承电机，具体涉及一种爪型无轴承永磁同步电机结构及其工作方法。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、无轴承永磁薄片电机(bpmsm)作为一种新型无轴承电机，不仅继承了无磨损、免维护、寿命长、噪音低、精度高等优点，而且弥补了结构复杂、成本高的缺点。如今，它已广泛应用于医疗行业、人工制造、航空航天等领域。bpmsm的优化研究已成为微型化、高密封性能、超洁净度等领域的新热点，具有重要意义。
3、与传统电机相比，bpmsm的机械设置在构造设计方面提供了更多的自由。永磁型无轴承电机本体研究包括两个方面，一个是对现有永磁型无轴承电机定转子尺寸、转子永磁体结构形式、定子槽形优化、两套绕组匝数和线径及其绕制方式的设计研究。目前仍然是将转矩控制绕组设计与悬浮控制绕组设计割裂开来，借鉴了普通电机转矩控制绕组的设计过程与经验公式来设计悬浮控制绕组，没有对悬浮控制绕组匝数、线径与槽满率及悬浮功率，悬浮力与悬浮性能之间的优化原则进行系统细致的分析研究。因此也无法像普通电机转矩控制绕组设计那样从总体上把握与预测所设计出的电机性能优劣，同时无轴承电机转矩控制绕组的设计目前也没有考虑在附加了另一套绕组之后对转矩控制绕组电磁耦合的影响。特别是在高速、超高速情况下，转子永磁体与两套绕组如何优化设计才能使电机电磁性能最优，对现有永磁型无轴承电机的本体研究具有重大意义。
4、为最终实现bpmsm产业化、商业化，保证储能飞轮的安全性、可靠性，以下几方面的问题是新的电机
5、1.新结构样机的研发和电机结构的优化设计问题。
6、2.两套绕组的装配问题。无轴承永磁同步电机同时存在转矩绕组和径向悬浮力绕组，截止目前，在设计无轴承永磁同步电机时，仍是将悬浮系统和转矩系统分开单独设计，都是借鉴传统电机的设计过程与经验公式来设计悬浮系统，没有对悬浮力绕组数、线径、槽满率和悬浮力绕组功率，悬浮力与悬浮性能之间的优化原则进行系统的分析研究。同样在转矩绕组设计时，也没有考虑悬浮力绕组对转矩绕组的影响。
7、3.新材料在薄片永磁同步电机中的应用问题。由于本开发电机的特殊结构，电机磁路为三维路径，另外电机定子铁心通常体积较大不易散热，电机会在定子轭部产生铁心损耗，进而影响到主磁路的磁路路径，传统的硅钢片材料在较高的工作频率下会产生较大的铁耗，使得定子轭温升较大，影响电机的安全运行。
8、4.电机产生任意方向主动可控径向悬浮力的条件问题。无轴承永磁同步电机在高速运转时，永磁体磁场、悬浮力绕组磁场和转矩绕组磁场始终处于高速旋转状态，要实现转子稳定悬浮运行，必须确保在任意转速和转子位置下，无轴承永磁同步电机能够在转子上产生大小和方向可控的径向力。
9、5.电机产生轴向或扭转向被动悬浮力的问题。
技术实现思路
1、本公开为了解决上述问题，提出了一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构及工作方法，基于转矩绕组以及悬浮绕组的高度集成以及定子轭部的延伸建立腔室，缩短电机轴向长度、减小体积、降低重量，得到更高的效率和更大的功率密度；提供了smc材料与硅钢材料组合搭配的电机结构，减少实际硅钢片叠压的加工难度以及成本。
2、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
3、一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，包括：转子环和定子环盘；
4、所述定子环盘包括爪型定子齿柱和环型导磁定子轭盘，所述爪型定子齿柱由软磁复合材料smc模压铁心块组合而成，每个软磁复合材料smc模压铁心块由横杆、过渡杆和竖杆组成，所述过渡杆位于横杆和竖杆之间，所述环型导磁定子轭盘为圆环结构且由硅钢材料叠压而成，沿着圆环的外壁均开设有多个凹槽，所述每个竖杆对应插接在所述凹槽内，使得爪型定子齿柱和环型导磁定子轭盘内部形成腔体结构；
5、所述转子环由薄片转子和沿圆周方向n极、s极交错排列永磁体构成，所述薄片转子置于爪型定子齿柱和环型导磁定子轭盘内部形成的腔体内，所述永磁体的磁极极数均匀表贴在薄片转子圆周外侧，在爪型定子齿柱的竖杆上缠绕有两套绕组，且所述绕组分上下双层缠绕在爪型定子齿柱的竖杆上。
6、进一步的，上层缠绕为转矩绕组，转矩绕组为上层整数槽整距分布绕组，转矩绕组的旋转磁场产生电机旋转力矩。
7、进一步的，下层缠绕为悬浮绕组，悬浮绕组为下层整数槽整距分布绕组，悬浮绕组只建立控制磁场不产生旋转力矩，只产生沿径向的悬浮力。
8、进一步的，每个永磁体极沿周向分成数块，且以表贴的形式贴合薄片转子圆周外侧，所述永磁体由稀土材料ndfe35制成。
9、进一步的，所述永磁体为表贴式，表贴式永磁体所产生的气隙磁密分布决定转矩系统所产生转矩的特性，反电势的波形更会对悬浮力产生决定性的影响，使永磁体所产生的气隙磁密趋于正弦分布，电机磁极为不等厚面包型表贴式永磁体。
10、进一步的，磁极充磁方向为平行充磁，保证气隙磁密的正弦性。
11、进一步的，所述爪型定子齿柱的竖杆上能承载多个匝数的不同极对数的悬浮绕组，通过不同极对数悬浮绕组磁场与原有的转矩绕组磁场之间的相互作用，改变气隙磁场的对称分布，在径向上产生一个可控的电磁力以克服单边磁拉力对转子径向运动的影响，实现转子的悬浮运行。
12、进一步的，爪型定子齿柱能够提供多个悬浮绕组的匝数的放置，径向悬浮力的大小与线圈匝数成正比，使得电机产生更大的径向力。
13、进一步的，两套绕组的转矩绕组和悬浮绕组的极对数相差一对极，转矩绕组两对极，悬浮绕组一对极，当两套绕组极数相差一极时悬浮力的方向可控。
14、根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
15、一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构的工作方法，包括：
16、基于爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，缠绕在定子齿柱上的两套绕组，在转矩绕组之外再嵌入不同极对数的悬浮绕组，通过不同极对数悬浮绕组磁场与原有的转矩电枢绕组磁场之间的相互作用，改变气隙磁场的对称分布，在径向上产生一个可控的电磁力以克服单边磁拉力对转子径向运动的影响，实现转子的悬浮运行。
17、与现有技术相比，本公开的有益效果为：
18、本公开的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，在设计无轴承电机时，将转矩绕组和悬浮力绕组作为一个整体来设计电机电磁与机械参数，两套绕组的a相轴线重合是产生径向可控悬浮力的必备条件；基于转子无轴承支承，可进一步优化永磁同步电机结构，对电机尺寸进行合理设计，使电机结构更加简单，轴向长度更短，减小电机的体积及重量，便于实际加工制造。
19、本公开电机爪型定子齿柱采用smc-si组合铁心，既能满足磁、热各向同性，也能保持较高的磁导率，基于smc-si的净化泵用无轴承薄片永磁同步电机具有高效率、高功率密度和低损耗等优势。软磁复合材料(smc)在永磁同步电机中得到了广泛的应用，对无轴承永磁同步电机的性能提升具本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，上层缠绕为转矩绕组，转矩绕组为上层整数槽整距分布绕组，转矩绕组的旋转磁场产生电机旋转力矩。
3.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，下层缠绕为悬浮绕组，悬浮绕组为下层整数槽整距分布绕组，悬浮绕组只建立控制磁场不产生旋转力矩，只产生沿径向的悬浮力。
4.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，每个永磁体极沿周向分成数块，且以表贴的形式贴合薄片转子圆周外侧，所述永磁体由稀土材料NdFe35制成。
5.如权利要求4所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，所述永磁体为表贴式，表贴式永磁体所产生的气隙磁密分布决定转矩系统所产生转矩的特性，反电势的波形更会对悬浮力产生决定性的影响，使永磁体所产生的气隙磁密趋于正弦分布，电机磁极为不等厚面包型表贴式永磁体。
6.如权利要求5所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，磁极充磁方向
7.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，所述爪型定子齿柱的竖杆上能承载多个匝数的不同极对数的悬浮绕组，通过不同极对数悬浮绕组磁场与原有的转矩绕组磁场之间的相互作用，改变气隙磁场的对称分布，在径向上产生一个可控的电磁力以克服单边磁拉力对转子径向运动的影响，实现转子的悬浮运行。
8.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，爪型定子齿柱能够提供多个悬浮绕组的匝数的放置，径向悬浮力的大小与线圈匝数成正比，使得电机产生更大的径向力。
9.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，两套绕组的转矩绕组和悬浮绕组的极对数相差一对极，转矩绕组两对极，悬浮绕组一对极，当两套绕组极数相差一极时悬浮力的方向可控。
10.基于权利要求1-9任一项所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构的工作方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，上层缠绕为转矩绕组，转矩绕组为上层整数槽整距分布绕组，转矩绕组的旋转磁场产生电机旋转力矩。
3.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，下层缠绕为悬浮绕组，悬浮绕组为下层整数槽整距分布绕组，悬浮绕组只建立控制磁场不产生旋转力矩，只产生沿径向的悬浮力。
4.如权利要求1所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，每个永磁体极沿周向分成数块，且以表贴的形式贴合薄片转子圆周外侧，所述永磁体由稀土材料ndfe35制成。
5.如权利要求4所述的一种爪型无轴承永磁薄片同步电机结构，其特征在于，所述永磁体为表贴式，表贴式永磁体所产生的气隙磁密分布决定转矩系统所产生转矩的特性，反电势的波形更会对悬浮力产生决定性的影响，使永磁体所产生的气隙磁密趋于正弦分布，电机磁极为不等厚面包型表贴式永磁体。
6.如权利要求5...
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