[發(fā)明專利]一種三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310418235.8
• 申請(qǐng)日: 2013-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN103490572A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉澤遠(yuǎn);鄧智泉;曹鑫;楊燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K16/00
• 分類號(hào): H02K16/00;H02K7/09
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，屬于磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)和磁懸浮軸承領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無(wú)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(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)和雙繞組無(wú)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(duì)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(duì)于雙繞組無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)，單繞組無(wú)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(jiǎn)單，且控制算法簡(jiǎn)單，已成為無(wú)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(shì)。

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)二者的完全解耦，是無(wú)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(duì)繞組電流進(jìn)行斬波控制，而高速運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)的激增導(dǎo)致無(wú)法對(duì)繞組電流進(jìn)行跟蹤斬波控制，即會(huì)出現(xiàn)電流斬不住的現(xiàn)象，這大大影響了無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)高速性能的發(fā)揮。

無(wú)軸承電機(jī)若要實(shí)現(xiàn)五自由度懸浮運(yùn)行，需要軸向磁懸浮軸承與其配合使用。軸向磁軸承勢(shì)必會(huì)增加懸浮電機(jī)系統(tǒng)的軸向長(zhǎng)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基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)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)明目的是提出一種集無(wú)軸承電機(jī)和軸向磁軸承于一體、懸浮力和轉(zhuǎn)矩在結(jié)構(gòu)上完全解耦、高速適應(yīng)性強(qiáng)、高功率密度的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，包括徑向磁場(chǎng)電機(jī)定子，凸極轉(zhuǎn)子，圓柱轉(zhuǎn)子、徑向磁場(chǎng)電機(jī)繞組、磁軸承定子，磁軸承繞組；電機(jī)定子由徑向磁場(chǎng)電機(jī)定子與兩個(gè)磁軸承定子組成，徑向磁場(chǎng)電機(jī)定子與兩個(gè)磁軸承定子均為凸極結(jié)構(gòu)，徑向磁場(chǎng)電機(jī)定子的每個(gè)定子齒上繞有一個(gè)電機(jī)繞組，磁軸承定子的每個(gè)定子齒上繞有一個(gè)磁軸承繞組；每個(gè)電機(jī)定子齒上的繞組按需要可串聯(lián)或并聯(lián)為一定相數(shù)的繞組串，兩個(gè)軸向磁軸承所有定子上的繞組分別串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)為兩個(gè)繞組串；轉(zhuǎn)子由凸極轉(zhuǎn)子與兩個(gè)圓柱轉(zhuǎn)子軸向疊加組成，凸極轉(zhuǎn)子位于兩個(gè)圓柱轉(zhuǎn)子之間，凸極轉(zhuǎn)子鐵心用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，圓柱轉(zhuǎn)子用于產(chǎn)生徑向和軸向懸浮力。

有益效果

本發(fā)明提供的一種三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，集無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)與軸向磁懸浮軸承于一體，集成化高；

電機(jī)定子齒上只有一個(gè)繞組，相對(duì)于雙繞組無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，槽滿率高，省銅省硅鋼片，可降低電機(jī)制造成本；

軸向磁軸承定子齒上僅有一套繞組，且定子為凸極結(jié)構(gòu)，可選的結(jié)構(gòu)形式多；

結(jié)構(gòu)上徑向懸浮力和轉(zhuǎn)矩、以及徑向懸浮力和軸向懸浮力完全解耦，控制方法簡(jiǎn)單，懸浮性能好。

利用最小電感區(qū)實(shí)行懸浮控制，懸浮電流對(duì)轉(zhuǎn)矩電流的影響小，相間耦合作用小。

電機(jī)繞組利用率高，功率密度高，高速適應(yīng)性強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的三維結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2是本發(fā)明的三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組示意圖

圖3是本發(fā)明三自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)中的三相12/8極無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)的繞組電感和電流與轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線圖。

圖中標(biāo)號(hào)名稱：1是徑向磁場(chǎng)電機(jī)定子，2是凸極轉(zhuǎn)子，3是圓柱轉(zhuǎn)子，4是徑向磁場(chǎng)電機(jī)繞組，5是磁軸承定子，6是磁軸承繞組，7是繞組電感，8是懸浮階段繞組電流，9轉(zhuǎn)矩階段繞組電流。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明：