[發明專利]一種錐形磁懸浮開關磁阻電機及控制方法

有效

• 申請號: 201611050468.7
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106849566B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 劉澤遠;蔡駿;楊艷;劉程子;曹鑫;鄧智泉
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02K16/00
• 分類號: H02K16/00;H02K7/09;H02K3/28;H02P21/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公布了一種錐形磁懸浮開關磁阻電機及控制方法，所述電機由一個開關磁阻電機和兩個錐形磁軸承構成；兩個錐形磁軸承的偏置繞組與開關磁阻電機的繞組串聯在一起，構成三相轉矩繞組；每個錐形磁軸承的兩個徑向懸浮繞組控制兩個自由度的懸浮，共四個徑向自由度，且可解耦控制；兩個錐形磁軸承的軸向懸浮繞組串聯在一起，構成一個軸向懸浮繞組，控制軸向的懸浮；該電機可獨立控制轉矩繞組電流和功率電路的開通關斷角，實時控制轉速和轉矩；控制五個懸浮繞組電流，實時調整五個方向懸浮力，進而實現五自由度懸浮。本發明電機及控制方法集成度高，控制變量少，懸浮控制簡單，懸浮系統功率變換器成本低。

技術領域

本發明涉及一種錐形磁懸浮開關磁阻電機及控制方法，屬于電機類的磁懸浮開關磁阻電機及其控制技術領域。

背景技術

磁懸浮開關磁阻電機，不僅具有磁軸承無摩擦、無潤滑等優點，還繼承了開關磁阻電機的高速適應性和滿足苛刻工作環境等特點，在航空航天、飛輪儲能和軍事等場合具有獨特優勢。

磁懸浮開關磁阻電機通常由五自由度磁軸承和開關磁阻電機構成，傳統磁軸承需要較大的止推盤，其將導致較大渦流損耗和溫升問題；而傳統錐形電勵磁磁軸承則有較多的控制對象，不利于系統的簡化和可靠性。另外，傳統磁懸浮開關磁阻電機系統中的電機與磁軸承控制系統之間獨立，集成度不高。因此，磁軸承系統與開關磁阻電機系統間的有效集成，不僅可提高磁懸浮系統的集成度，還有助于提升機電能量轉換效率。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提出一種錐形磁懸浮開關磁阻電機及控制方法。所述電機是一種懸浮力和轉矩結構上解耦、功率變換器成本較低以及懸浮控制對象較少的新型五自由度磁懸浮開關磁阻電機；所述控制方法可獨立控制轉矩繞組電流和懸浮繞組電流，旋轉和懸浮系統間相互解耦，彼此影響弱；五自由度懸浮控制類似磁懸浮軸承，采用恒導通控制策略，并且僅需控制五個方向懸浮繞組電流，即可產生所需的五個方向懸浮力，控制變量少，懸浮控制簡單，懸浮系統功率變換器成本低。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案為：

一種錐形磁懸浮開關磁阻電機，包括錐形磁軸承Ⅰ、開關磁阻電機和錐形磁軸承Ⅱ；

所述開關磁阻電機布置在錐形磁軸承Ⅰ和錐形磁軸承Ⅱ之間；

錐形磁軸承Ⅰ由錐形定子Ⅰ、錐形轉子Ⅰ、偏置繞組Ⅰ、徑向懸浮繞組Ⅰ和軸向懸浮繞組Ⅰ構成；

錐形磁軸承Ⅱ由錐形定子Ⅱ、錐形轉子Ⅱ、偏置繞組Ⅱ、徑向懸浮繞組Ⅱ和軸向懸浮繞組Ⅱ構成；

所述開關磁阻電機由磁阻電機定子、磁阻電機轉子和磁阻電機繞組構成；

所述錐形轉子Ⅰ布置在錐形定子Ⅰ內，錐形轉子Ⅱ布置在錐形定子Ⅱ內，磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內；所述錐形轉子Ⅰ、磁阻電機轉子和錐形轉子Ⅱ套在轉軸上；

所述錐形定子Ⅰ和錐形定子Ⅱ均為錐形凸極結構，所述錐形轉子Ⅰ和錐形轉子Ⅱ均為錐形圓柱結構；錐形定子Ⅰ、錐形定子Ⅱ、錐形轉子Ⅰ和錐形轉子Ⅱ的錐形角相等；錐形定子Ⅰ和錐形轉子Ⅰ的錐形角開口方向相同，錐形定子Ⅱ和錐形轉子Ⅱ的錐形角開口方向相同；錐形定子Ⅰ和錐形轉子Ⅰ的錐形角開口方向與錐形定子Ⅱ和錐形轉子Ⅱ的錐形角開口方向相反；

所述磁阻電機定子和磁阻電機轉子均為凸極結構，磁阻電機定子的齒數為12，磁阻電機轉子的齒數為8；所述開關磁阻電機的相數為3；

所述錐形定子Ⅰ由4個錐形E型結構Ⅰ構成，4個錐形E型結構Ⅰ均勻分布，每個錐形E型結構Ⅰ之間相差90°；每個錐形E型結構Ⅰ的齒數為3，包括1個寬齒Ⅰ和2個窄齒Ⅰ，且寬齒Ⅰ位于兩個窄齒Ⅰ之間；所述寬齒Ⅰ的齒寬是窄齒Ⅰ的二倍；

每個所述寬齒Ⅰ上均繞有3個寬齒繞組Ⅰ，在每個所述寬齒Ⅰ上選取1個寬齒繞組Ⅰ，串聯成1個偏置繞組Ⅰ，從而形成3個偏置繞組Ⅰ；