[發(fā)明專利]一種12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310244374.3
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103441630A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹鑫;鄧智泉;劉澤遠(yuǎn);趙賀
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K3/28;H02N15/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，屬于無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)和磁懸浮軸承領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一種新型磁懸浮電機(jī)。以定子上繞組的個(gè)數(shù)多少分類，有單繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)和雙繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)。二者的控制策略有所不同，但其懸浮力和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機(jī)理是相同的，均為通過控制繞組電流大小不同，以形成一個(gè)不對稱磁通，進(jìn)而產(chǎn)生方向和大小可控的徑向懸浮力，從而使電機(jī)具有旋轉(zhuǎn)和自懸浮能力。相對于雙繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)，單繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)定子僅有一套繞組，結(jié)構(gòu)更為簡單，且控制算法簡單，已成為無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的一個(gè)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。?

轉(zhuǎn)矩和懸浮力之間存在著強(qiáng)耦合，且很難在控制策略和數(shù)學(xué)模型中實(shí)現(xiàn)二者的解耦，是無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行性能難以提高的主要因素之一。另外，因懸浮力控制所需，必須對繞組電流進(jìn)行斬波控制，而高速運(yùn)行時(shí)，反電動勢的激增導(dǎo)致無法對繞組電流進(jìn)行跟蹤斬波控制，即會出現(xiàn)電流斬不住的現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)高速性能的發(fā)揮，并降低了懸浮精度。?

無軸承電機(jī)若要實(shí)現(xiàn)五自由度懸浮運(yùn)行，至少需要1個(gè)軸向磁懸浮軸承與其配合使用。軸向磁軸承勢必會增加懸浮電機(jī)系統(tǒng)的軸向長度和控制的復(fù)雜度，進(jìn)而降低臨界轉(zhuǎn)速和功率密度。因此，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和懸浮力解耦控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無軸承電機(jī)和軸向磁軸承的集成化已成為磁懸浮電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)的缺陷，提出一種12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，本電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動小、懸浮力和轉(zhuǎn)矩在結(jié)構(gòu)上完全解耦，具有高速適應(yīng)性強(qiáng)、高功率密度的特點(diǎn)。?

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：?

?一種12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，由1個(gè)三相12/4極徑向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)和2個(gè)三相12/4極軸向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)集成而成，三相12/4極徑向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)包括徑向磁場電機(jī)定子（1）、徑向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（2）和徑向磁場電機(jī)繞組（4），三相12/4極軸向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)包括軸向磁場電機(jī)定子（5）、軸向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（3）和軸向磁場電機(jī)繞組（6）；其中徑向磁場電機(jī)定子（1）與徑向磁場電機(jī)繞組（4）通過卡槽相連，徑向磁場電機(jī)繞組（4）又與徑向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（2）相連，徑向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（2）兩端各與一個(gè)軸向磁場電機(jī)繞組（6）相連，每個(gè)軸向磁場電機(jī)繞組（6）外側(cè)各接一個(gè)軸向磁場電機(jī)定子（5），每個(gè)軸向磁場電機(jī)定子（5）外側(cè)各接一個(gè)軸向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（3）。

????作為本發(fā)明的12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的1個(gè)三相12/4極徑向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)和所述的2個(gè)三相12/4極軸向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的定子極弧角相等，3個(gè)轉(zhuǎn)子極弧角也相等，且轉(zhuǎn)子極弧大定子極弧30°，以形成30°寬的最大電感平頂區(qū)。?

作為本發(fā)明的12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的1個(gè)三相12/4徑向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)和所述的2個(gè)三相12/4軸向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的定子均為12極結(jié)構(gòu)，且3個(gè)電機(jī)定子齒上各有一套繞組。?

作為本發(fā)明的12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，根據(jù)權(quán)利要求1所描述的12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，其特征在于所述的三相12/4極徑向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子軸向長度相等，所述的2個(gè)三相12/4極軸向磁場無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)所有電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)相等，且軸向磁場電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子外徑相等。?

作為本發(fā)明的12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)中所有的定子齒上的繞組采用集中式繞組，其中徑向磁場電機(jī)定子（1）的每4個(gè)相隔90°的定子齒上的繞組為一相，3相共12個(gè)繞組，每相繞組具有兩種工作模式：懸浮力控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式，且每相4個(gè)繞組獨(dú)立控制，軸向磁場電機(jī)定子（5）的每4個(gè)相隔90°的定子齒上的繞組串聯(lián)為一相，且每12個(gè)定子齒的繞組分別構(gòu)成3相3個(gè)繞組串。?

作為本發(fā)明的12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述12/4極結(jié)構(gòu)的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分由3個(gè)凸極轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子齒數(shù)均為4，具體為1個(gè)徑向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（2）和2個(gè)軸向磁場電機(jī)轉(zhuǎn)子（3）通過軸向疊壓而成。?