[發明專利]一種混合徑向錐形磁軸承開關磁阻電機及控制方法

有效

• 申請號: 201611050499.2
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106655665B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 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;H02K1/14;H02K1/24;H02K3/28;H02N15/00;H02P25/08
• 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

1.一種混合徑向錐形磁軸承開關磁阻電機，包括錐形磁軸承Ⅰ、徑向磁軸承Ⅰ、開關磁阻電機、徑向磁軸承Ⅱ和錐形磁軸承Ⅱ；所述錐形磁軸承Ⅰ和徑向磁軸承Ⅰ布置在開關磁阻電機一側，而徑向磁軸承Ⅱ和錐形磁軸承Ⅱ布置開關磁阻電機另一側；

所述錐形磁軸承Ⅰ由錐形定子Ⅰ、錐形轉子Ⅰ、偏置繞組Ⅰ和軸向懸浮繞組Ⅰ構成；

所述錐形磁軸承Ⅱ由錐形定子Ⅱ、錐形轉子Ⅱ、偏置繞組Ⅱ和軸向懸浮繞組Ⅱ構成；

所述徑向磁軸承Ⅰ由徑向定子Ⅰ、徑向轉子Ⅰ、偏置繞組Ⅰ和徑向懸浮繞組Ⅰ構成；

所述徑向磁軸承Ⅱ由徑向定子Ⅱ、徑向轉子Ⅱ、偏置繞組Ⅱ和徑向懸浮繞組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，徑向轉子Ⅰ布置在徑向定子Ⅰ內，磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內，徑向轉子Ⅱ布置在徑向定子Ⅱ內，錐形轉子Ⅱ布置在錐形定子Ⅱ內；所述錐形轉子Ⅰ、徑向轉子Ⅰ、磁阻電機轉子、徑向轉子Ⅱ和錐形轉子Ⅱ套在轉軸上；所述錐形定子Ⅰ、徑向定子Ⅰ、磁阻電機定子、徑向定子Ⅱ和錐形定子Ⅱ串聯布置，且之間均存在間隙；

所述磁阻電機定子和磁阻電機轉子均為凸極結構，磁阻電機定子和磁阻電機轉子的齒數有12/8、6/4、8/6三種組合形式；其中磁阻電機定子和磁阻電機轉子的齒數組合為12/8和6/4時，開關磁阻電機為三相工作制，磁阻電機定子和磁阻電機轉子的齒數組合為8/6時，開關磁阻電機為四相工作制；其中，12/8表示磁阻電機定子和磁阻電機轉子的齒數分別為12和8；6/4表示磁阻電機定子和磁阻電機轉子的齒數分別為6和4；8/6表示磁阻電機定子和磁阻電機轉子的齒數分別為8和6；

其特征在于，所述錐形定子Ⅰ和錐形定子Ⅱ均為錐形凸極結構，二者的定子齒數都為4，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；

所述徑向定子Ⅰ由4個E型結構Ⅰ構成，4個E型結構Ⅰ均勻分布，每個E型結構Ⅰ之間相差90°；每個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；所述徑向轉子Ⅰ為圓柱結構；

所述徑向定子Ⅱ由4個E型結構Ⅱ構成，4個E型結構Ⅱ均勻分布，每個E型結構Ⅱ之間相差90°；每個E型結構Ⅱ的齒數為3，包括1個寬齒Ⅱ和2個窄齒Ⅱ，且寬齒Ⅱ位于兩個窄齒Ⅱ之間；所述寬齒Ⅱ的齒寬是窄齒Ⅱ的二倍；所述徑向轉子Ⅱ為圓柱結構；

所述錐形定子Ⅰ的4個定子齒和徑向定子Ⅰ的4個寬齒Ⅰ對齊，所述錐形定子Ⅱ的4個齒和徑向定子Ⅱ的4個寬齒Ⅱ對齊；所述錐形定子Ⅰ和錐形定子Ⅱ的每個定子齒寬與寬齒Ⅰ、寬齒Ⅱ的齒寬相等；

所述錐形定子Ⅰ的每個定子齒上繞有1個軸向懸浮繞組Ⅰ和m個偏置繞組Ⅰ，共4個軸向懸浮繞組Ⅰ和4m個偏置繞組Ⅰ，其中m為開關磁阻電機的相數；所述徑向定子Ⅰ的每個寬齒Ⅰ上繞有m個偏置繞組Ⅰ，每個窄齒Ⅰ上繞有1個徑向懸浮繞組Ⅰ，共8個徑向懸浮繞組Ⅰ和4m個偏置繞組Ⅰ；

所述偏置繞組Ⅰ的纏繞方式為：每m個偏置繞組Ⅰ橫跨處于同一圓周位置上的1個錐形定子Ⅰ定子齒和1個寬齒Ⅰ，并纏繞在二者之上，共4組；每組選取1個偏置繞組Ⅰ串聯，構成1個偏置繞組串Ⅰ，從而形成m個偏置繞組串Ⅰ；

所述錐形定子Ⅰ的4個軸向懸浮繞組Ⅰ串聯，構成1個軸向懸浮繞組串Ⅰ；所述徑向定子Ⅰ的徑向懸浮繞組Ⅰ連接方式為：在水平正方向E型結構Ⅰ位置處的兩個窄齒Ⅰ上的2個徑向懸浮繞組Ⅰ串聯，構成1個水平正方向徑向懸浮繞組串Ⅰ；在水平負方向E型結構Ⅰ位置處的兩個窄齒Ⅰ上的2個徑向懸浮繞組Ⅰ串聯，構成1個水平負方向徑向懸浮繞組串Ⅰ；所述1個水平正方向徑向懸浮繞組串Ⅰ和1個水平負方向徑向懸浮繞組串Ⅰ串聯，構成1個水平徑向懸浮繞組Ⅰ；

在豎直正方向E型結構Ⅰ位置處的兩個窄齒Ⅰ上的2個徑向懸浮繞組Ⅰ串聯，構成1個豎直正方向徑向懸浮繞組串Ⅰ；在豎直負方向E型結構Ⅰ位置處的兩個窄齒Ⅰ上的2個徑向懸浮繞組Ⅰ串聯，構成1個豎直負方向徑向懸浮繞組串Ⅰ；所述1個豎直正方向徑向懸浮繞組串Ⅰ和1個豎直負方向徑向懸浮繞組串Ⅰ串聯，構成1個豎直徑向懸浮繞組Ⅰ；

所述錐形定子Ⅱ的每個定子齒上繞有1個軸向懸浮繞組Ⅱ和m個偏置繞組Ⅱ，共4個軸向懸浮繞組Ⅱ和4m個偏置繞組Ⅱ；

所述徑向定子Ⅱ的每個寬齒Ⅱ上繞有m個偏置繞組Ⅱ，每個窄齒Ⅱ上繞有1個徑向懸浮繞組Ⅱ，共8個徑向懸浮繞組Ⅱ和4m個偏置繞組Ⅱ；

所述偏置繞組Ⅱ的纏繞方式為：每m個偏置繞組Ⅱ橫跨處于同一圓周位置上的1個錐形定子Ⅱ定子齒和1個寬齒Ⅱ，并纏繞在二者之上，共4組；每組選取1個偏置繞組Ⅱ串聯，構成1個偏置繞組串Ⅱ，從而形成m個偏置繞組串Ⅱ；

所述錐形定子Ⅱ的4個軸向懸浮繞組Ⅱ串聯，構成1個軸向懸浮繞組串Ⅱ；所述徑向定子Ⅱ的徑向懸浮繞組Ⅱ連接方式為：在水平正方向E型結構Ⅱ位置處的兩個窄齒Ⅱ上的2個徑向懸浮繞組Ⅱ串聯，構成1個水平正方向徑向懸浮繞組串Ⅱ；在水平負方向E型結構Ⅱ位置處的兩個窄齒Ⅱ上的2個徑向懸浮繞組Ⅱ串聯，構成1個水平負方向徑向懸浮繞組串Ⅱ；所述1個水平正方向徑向懸浮繞組串Ⅱ和1個水平負方向徑向懸浮繞組串Ⅱ串聯，構成1個水平徑向懸浮繞組Ⅱ；

在豎直正方向E型結構Ⅱ位置處的兩個窄齒Ⅱ上的2個徑向懸浮繞組Ⅱ串聯，構成1個豎直正方向徑向懸浮繞組串Ⅱ；在豎直負方向E型結構Ⅱ位置處的兩個窄齒Ⅱ上的2個徑向懸浮繞組Ⅱ串聯，構成1個豎直負方向徑向懸浮繞組串Ⅱ；所述1個豎直正方向徑向懸浮繞組串Ⅱ和1個豎直負方向徑向懸浮繞組串Ⅱ串聯，構成1個豎直徑向懸浮繞組Ⅱ；

所述1個軸向懸浮繞組Ⅰ和1個軸向懸浮繞組Ⅱ串聯，構成1個軸向懸浮繞組；

所述開關磁阻電機的每個定子齒上繞有1個繞組，所有磁阻電機定子齒上的繞組，分m組，分別連接在一起，構成m個磁阻電機繞組；

1個磁阻電機繞組與1個偏置繞組串Ⅰ和1個偏置繞組串Ⅱ串聯，構成1個轉矩繞組，共m個。