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无轴承电机因为无需滑座,所以具有以下特征:
(1)几乎不产生灰尘;
(2)能够高速旋转;
(3)能够耐极低温、真空等难以使用润滑油的环境;
(4)噪声小;
(5)基本上无摩擦损失。因此一直是研究的热点。
以往虽然有过在电机上另行安装磁轴承的先例,但是随着电机的大型化,出现了不管电机是否运转,都需要随时供应悬浮电力的课题。对此,研究人员通过灵活利用电机旋转的驱动机构,开发出了旋转的同时使轴悬浮的方式,但这种方式普遍存在浮力较小、扭矩远远低于普通电机等问题。
千叶教授在研究中发现,交替极型结构极为适合于无轴承电机结构。浮力能够达到此前的无轴承电机的30倍以上,扭矩也只比普通电机降低10%左右。
交替极型的结构如下:使转子中嵌入的永磁铁全部沿同一方向(例如N极全部朝外),并在磁铁与磁铁之间设置铁心。这样,转子外侧N极发出的磁通量将首先进入对置的定子,然后出现弯转,由定子进入转子的铁心(即铁心成为S极。成为“交替极”),好后返回该磁铁S极,形成磁路。交替极型结构好初由英国研究人员开发,其目的是减少磁铁数量,以降低电机价格。
使用上述转子时,由于支撑轴的磁通量全部通过转子的铁心,因此,即使增加永磁铁的厚度,也不会出现退磁现象,并且,无论转子位于什么角度,都可产生稳定的对轴支持力。不需要类似编码器的角度位置传感器及其相应的高速控制。
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