一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机

1.本发明涉及航空电推进和无轴承电机技术领域，具体涉及一种具有辅助磁悬浮能力 的轮缘异步推进电机。


背景技术：

2.随着碳中和战略的提出和航空电推进技术的发展，涵道风扇是一种常见的推进方式， 有利于提高飞行器的推进效率，减少碳排放和能量损耗。传统的涵道风扇结构是采用轴 驱电机提供动力，随着推进功率的增加，电机体积增加带来的气动影响不可避免。目前， 将轮缘推进电机和风扇结合起来，利用轮缘电机直接驱动风扇叶尖的涵道风扇布局方式 也开始流行，但是随着功率的增加，轮缘电机转子的重量对风扇运行的稳定性不可忽略， 并且传统的风扇中心点的支撑限位结构难以支撑带有电机转子重量的风扇；随着轮缘电 机转子内径的增加，安装在转子和风扇轴向两侧的轴承支撑方式也难以实现。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提出了一种具有辅助磁悬浮能 力的轮缘异步推进电机，适合轮缘驱动型涵道风扇，具有广阔的应用前景。
4.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
5.一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，采用72/8极的定子结构和90根导 条鼠笼转子结构，具体包括：定子铁芯、转子铁芯、电枢绕组、悬浮绕组、转子导条、 转子加固结构、风扇及风扇支撑结构。
6.进一步地，轮缘异步推进电机的定子上分别绕制有定子电枢绕组和辅助悬浮绕组， 定子绕组的槽和悬浮绕组的槽是相互独立的，即一个定子槽内仅绕有悬浮绕组或者仅绕 有电枢绕组，每两个定子电枢绕组的槽间隔一个悬浮绕组所需的槽。
7.进一步地，轮缘异步推进电机的定子电枢绕组采用环形绕组的绕制方式，即绕组导 线是通过缠在定子轭部上来减小传统绕组方式的端部尺寸。
8.进一步地，每极每相对应的定子电枢绕组为一个整体，三相电枢绕组皆对应8个极， 每一极对应的每相绕组中的正极为一组导线，负极为另一组导线，以a相绕组为例：导 线从第一个a 对应的槽开始绕，其出线绕过定子轭部，再从第二个a 对应的槽绕进， 直到该极的最后一个a 对应的槽出线，每一极的对应的a相绕组中的a-，每一极的对 应的b相绕组和c相绕组均采用同样的绕法。
9.进一步地，轮缘异步推进电机的悬浮绕组采用叠绕的绕制方式，即悬浮绕组的端部 在电机轴向两端，实现悬浮绕组和电枢绕组的漏磁解耦。
10.进一步地，悬浮绕组的极数比电枢绕组极数少一对极，悬浮绕组内电流和电枢电流 频率相同，电流相位差为30度，并且电机垂直方向上方的磁极对应的电枢绕组和悬浮 绕组的相位一致，以保持悬浮磁力方向垂直向上。
11.进一步地，轮缘异步推进电机的定子由齿槽式铁芯叠片组成，转子由高强度硅钢
叠 片组成，并在轴向两端用钛合金叠片压紧，提供一定的预应力。
12.进一步地，风扇中心处安装支撑轴承，支撑轴承仅承担风扇重量并对风扇的轴向位 置进行限位，悬浮绕组提供地悬浮力抵消电机转子地重量。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
14.(1)采用轮缘驱动方式可以取消机翼内部的电机安装空间；
15.(2)悬浮力抵消电机转子重量，减少支撑结构承担的负荷，结构强度更高；
16.(3)悬浮绕组可以调节风扇转子的偏心情况，安全性更高；
17.(4)通过不同的绕制方式令电枢绕组和悬浮绕组的漏磁解耦，减少干扰，控制更 加准确。
附图说明
18.图1是一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机的示意图；
19.图2是一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机的槽分配示意图；
20.图3是一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机的定子槽电枢绕组示意图。图4是悬浮绕组内a相的悬浮电流和电机定子绕组a相的电流的相位对比图。图5是具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机安装在风扇上的示意图。图6是产生的悬浮力波形。图中：1、定子铁芯，2、定子电枢绕组，3、悬浮绕组，4、转子鼠笼，5、转子 铁芯，11、定子电枢绕组的槽，12、悬浮绕组的槽，13、定子轭部。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：
22.本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反， 提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的 范围。
23.实施例
24.如图1所示是一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机。该电机采用72/8极 的定子结构，90根导条鼠笼转子结构，由定子铁芯1，定子电枢绕组2，悬浮绕组3， 转子鼠笼4和转子铁芯5组成，轮缘异步推进电机的定子由齿槽式铁芯叠片组成，转子 由高强度硅钢叠片组成，并在轴向两端用钛合金叠片压紧，提供一定的预应力；如图2 所示，定子电枢绕组的槽11和悬浮绕组的槽12是相独立的，即一个定子槽内仅绕有悬 浮绕组或者仅绕有电枢绕组，每两个定子电枢绕组的槽间隔一个悬浮绕组所需的槽；如 图3所示，定子电枢绕组采用环形绕组绕法，即绕组导线是通过缠在定子轭部13上来 减小传统绕组方式的端部尺寸，每一极的对应的每相绕组中的正极为一组导线，负极为 另一组导线，以a相绕组为例：导线从第一个a 对应的槽开始绕，其出线绕过定子轭 部，再从第二个a 对应的槽绕进，直到该极的最后一个a 对应的槽出线，每一极的对 应的a相绕组中的a-；每一极的对应的b相绕组和c相绕组均采用同样的绕法；轮缘 异步推进电机的悬浮绕组采用叠绕的绕制方式，即悬浮绕组的端部在电机轴向两端，实 现悬浮绕组和电枢绕组的漏磁解耦；为实现转子悬浮，悬浮绕组的极数比电枢绕组极数 少一对极；如图4所示，悬浮绕组内电流和电枢电流频
率相同，电流相位差为30度， 并且电机垂直方向上方的磁极对应的电枢绕组和悬浮绕组的相位一致，以保持悬浮磁力 方向垂直向上；如图5所示，风扇中心处安装支撑轴承，支撑轴承仅承担风扇重量并对 风扇的轴向位置进行限位，悬浮绕组提供地悬浮力抵消电机转子地重量；如图6所示， 悬浮力最大可输出的平均值为70n，电机转子重量为0.6kg，远远超过所需悬浮力。


技术特征：
1.一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，采用72/8极的定子结构，90根导条鼠笼转子结构，其特征在于，该轮缘异步推进电机包括：定子铁芯、转子铁芯、电枢绕组、悬浮绕组、转子导条、转子加固结构、风扇及风扇支撑结构。2.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：轮缘异步推进电机的定子上分别绕制有定子电枢绕组和辅助悬浮绕组，定子绕组的槽和悬浮绕组的槽是相独立的，即一个定子槽内仅绕有悬浮绕组或者仅绕有电枢绕组，每两个定子电枢绕组的槽间隔一个悬浮绕组所需的槽。3.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：轮缘异步推进电机的定子电枢绕组采用环形绕组的绕制方式，即绕组导线是通过缠在定子轭部上来减小传统绕组方式的端部尺寸。4.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：每极每相对应的定子电枢绕组为一个整体，三相电枢绕组均对应8个极，每一极对应的每相绕组中的正极为一组导线，负极为另一组导线；以a相绕组为例：导线从第一个a 对应的槽开始绕，其出线绕过定子轭部，再从第二个a 对应的槽绕进，直到该极的最后一个a 对应的槽出线，每一极的对应的a相绕组中的a-，每一极的对应的b相绕组和c相绕组均采用同样的绕法。5.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：轮缘异步推进电机的悬浮绕组采用叠绕的绕制方式，即悬浮绕组的端部在电机轴向两端，实现悬浮绕组和电枢绕组的漏磁解耦。6.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：悬浮绕组的极数比电枢绕组极数少一对极，悬浮绕组内电流和电枢电流频率相同，电流相位差为30度，并且电机垂直方向上方的磁极对应的电枢绕组和悬浮绕组的相位一致，以保持悬浮磁力方向垂直向上。7.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：轮缘异步推进电机的定子由齿槽式铁芯叠片组成，转子由高强度硅钢叠片组成，并在轴向两端用钛合金叠片压紧，提供一定的预应力。8.根据权利要求1所述的一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，其特征在于：风扇中心处安装支撑轴承，支撑轴承仅承担风扇重量并对风扇的轴向位置进行限位，悬浮绕组提供的悬浮力抵消电机转子地重量。

技术总结
本发明公开了一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步推进电机，涉及航空电推进及轮缘电机的技术领域。轮缘异步电机和风扇结合组成的涵道推进结构是航空电推进领域的重要推进方案；在不增加轮缘异步电机重量的前提下，通过对绕组绕制方法的改变，增加特殊的悬浮绕组，设计了一种具有辅助磁悬浮能力的轮缘异步电机拓扑结构，不仅可以减少轮缘异步电机在航空推进器中轴承支撑困难的问题，还进一步提高了推进系统整体的结构强度。系统整体的结构强度。系统整体的结构强度。


技术研发人员：黄维康 张卓然 高华敏 黄文新
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.02.18
技术公布日：2022/5/25