[發明專利]一種磁懸浮開關磁阻發電機

有效

• 申請號: 201110313992.X
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102347718A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 周云紅;孫玉坤;黃永紅;嵇小輔;周麗紅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02N15/00
• 分類號: H02N15/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及磁懸浮開關磁阻電機領域，尤其涉及一種磁懸浮開關磁阻發電機，特別適合于在光伏等可再生能源發電系統的電能補償。

背景技術

將磁懸浮軸承繞組和電機定子繞組有規律地繞在一起，實現電機的無軸承化，這個概念最初是由R.Bosch于八十年代末提出來的。繼磁懸浮異步電機和磁懸浮永磁同步電機之后，磁懸浮開關磁阻電機技術也得到了研究，其發電電壓經整流、濾波和穩壓后，可在電網電壓波動或者負載變化時輸出基本不受影響的直流電壓，特別適用于在光伏等可再生能源并網運行的動量補償，峰值調節和負載平衡。

磁懸浮開關磁阻電機的傳統發電運行方式為周期性分時發電模式，為克服其功率密度低的局限性，2011年發表于《中國電機工程學報》的文獻“全周期無軸承磁懸浮開關磁阻發電機的設計”公布了一種磁懸浮開關磁阻全周期發電機，其特征在于懸浮繞組同時擔任懸浮和勵磁兩種功能，并且在懸浮繞組完成勵磁關斷電流后，主繞組續流發電。但是懸浮繞組和主繞組所產生的磁場，在磁路上相互影響，相互耦合，懸浮力和發電電壓之間存在復雜的非線性強耦合關系，基本數學模型隨發電機工作狀態變化的波動很大，磁懸浮開關磁阻發電機系統的數學模型推導、非線性解耦以及運行控制的難度很大，懸浮和發電性能也有待提高。

申請號為200910263106.X的發明專利“一種單相無軸承開關磁阻電機”提出了一種單相的無軸承開關磁阻電機，其特征在于所有定子齒上只有一套繞組，懸浮力由懸浮繞組電流產生，轉矩由轉矩電流產生，懸浮力和轉矩完全解耦，控制方便。但是作為發電機運行時，主繞組在前半周期勵磁，后半周期才續流發電，因此不能在整個相工作周期內均向外輸出電能，具有功率密度低的缺陷。

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發明內容

本發明目的是提出懸浮和發電系統解耦、徑向懸浮性能增強的一種磁懸浮懸開關磁阻發電機，該發電機解決了發電功率密度低的問題。

本發明的技術方案是：一種磁懸浮開關磁阻發電機，由定子鐵心和轉子鐵心組成雙凸極結構，所述定子鐵心上等間隔設置四個懸浮極和四個發電極，所述發電極兩兩徑向相對；所述懸浮極定子極寬大于所述發電極定子極寬，轉子極極寬與所述發電極定子極寬相同；所述懸浮極上分別繞有獨立的懸浮繞組；所述發電極上分別同時疊繞著激勵繞組和發電繞組，且徑向相對的兩個繞組串接。

進一步，所述懸浮極定子極寬是所述發電極定子極寬的兩倍。

進一步，所述雙凸極結構為8/10極，所述懸浮極定子極寬為???????????????????????????????????????????????，所述發電極定子極寬為。

本發明的有益效果是：

(1)?分開設置懸浮極和發電極，結構清晰，功能明確

定子極分設為懸浮極和發電極，懸浮繞組繞在懸浮極上，激勵和發電繞組繞在發電極上，結構清晰，功能明確，維護和控制方便。

(2)?懸浮力不隨轉子位置角改變，改善電機的懸浮性能

消除了傳統磁懸浮開關磁阻電機定轉子臨界對齊位置處不能有效產生懸浮力的問題，增強電機的徑向負載能力，改善電機的懸浮性能，這是因為懸浮極下定子極、轉子極的對齊面積保持等于轉子極寬，懸浮極磁鏈不受轉子位置角影響，當給定徑向力繞組電流時，在轉子旋轉過程中懸浮力僅有微小的波動，可以基本保持恒定不變。這與傳統結構下懸浮力隨轉子位置角周期性變化的現象是明顯不同的。

(3)?除轉子極與發電極定子完全對齊和完全不對齊位置以外，一直都有發電電壓產生

發電繞組磁鏈隨位置角的變化而變化，在轉子極與發電極定子不完全對齊位置期間，發電繞組磁鏈不存在平坦區域，除了轉子極與發電極定子完全對齊以及完全不對齊位置以外，一直將有發電繞組感應電壓產生，通過控制A、B兩相激勵繞組的輪流激勵和激勵電流大小，即可連續輸出期望的發電電壓，提高發電功率密度，這是明顯區別與傳統周期性分時發電模式的。

?(4)?懸浮力和發電電壓解耦，便于建模及控制

給定懸浮繞組電流時，在轉子旋轉過程中，懸浮極磁鏈關于轉子位置角的變化很小，對發電極不產生影響。由于該電機對稱的結構形式，發電極繞組在各懸浮極均產生對稱分布的磁通，對x、y軸方向懸浮力的綜合影響近似為零，可忽略不計，消除了懸浮極與發電極的耦合影響。

表1：懸浮繞組磁鏈以及懸浮力有限元計算值(記錄處懸浮繞組磁鏈以及徑向力)?