[發明專利]一種徑向軸向混合磁軸承開關磁阻電機系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710851480.6
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107547011B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 劉澤遠;蔡駿
• 申請（專利權）人: 南京埃克銳特機電科技有限公司
• 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: 朱小兵

本發明公布了一種徑向軸向混合磁軸承開關磁阻電機系統及控制方法。所述電機系統由1個開關磁阻電機和兩個2.5自由度徑向?軸向混合磁軸承構成；每個混合磁軸承由1個徑向磁軸承和1個軸向磁軸承集合而成，二者合用一套偏置繞組；兩個混合磁軸承的偏置繞組與與開關磁阻電機m相電樞繞組共用一個功率變換器，采用共同勵磁方式，在開關磁阻電機內產生轉矩的同時，還在兩個混合磁軸承內產生偏置磁通。m相電樞繞組采用傳統驅動模式，偏置繞組電流僅與開關磁阻電機工況有關，不做任何控制；僅需控制五個懸浮繞組電流，便可實現五自由度懸浮運行。本發明集成度高，可靠性高，控制變量少，懸浮控制簡單，實施便利，適合工作環境惡劣的高速應用場合。

技術領域

本發明涉及一種徑向軸向混合磁軸承開關磁阻電機系統及控制方法，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

電勵磁軸承和開關磁阻電機構成的磁懸浮電機系統，因系統中無永磁體，對高溫、高濕、強腐蝕等惡劣工作環境適應性強，在航空航天、艦船等可靠性要求高、工作環境惡劣等應用場合具有獨特優勢。

傳統電磁軸承開關磁阻電機系統中的磁軸承和開關磁阻電機兩個系統單獨控制，需要兩個微處理器分別控制，控制變量多，功率系統龐大，成本高，且集成度和可靠性不高。因此，研究電磁軸承開關磁阻電機系統的集成驅動技術，降低系統復雜度，減小功率系統成本和控制難度，進一步提升系統集成度、可靠性及冗余能力，是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提出一種徑向軸向混合磁軸承開關磁阻電機系統及控制方法。所述徑向軸向混合磁軸承開關磁阻電機系統包括2個徑向軸向混合磁軸承和1個開關磁阻電機；開關磁阻電機產生轉矩，實現旋轉運行；每個徑向軸向混合磁軸承由1個徑向磁軸承和1個軸向磁軸承集合而成，二者合用一套偏置繞組，并且單個混合磁軸承產生2.5自由度懸浮力，共同產生5個方向懸浮力，進而實現懸浮運行；兩個混合磁軸承的偏置繞組和開關磁阻電機的m相電樞繞組合用一套功率變換器，并采用共同勵磁的驅動方式，同時產生轉矩和偏置磁通，電磁轉換效率高，系統集成度和可靠性高；所述控制方法通過控制m相電樞繞組電流，以調節輸出轉矩，控制方法與傳統開關磁阻電機相同；通過控制五個懸浮繞組電流，以調節五個懸浮力，控制變量少，控制簡單。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案為：

一種徑向軸向混合磁軸承開關磁阻電機系統，包括1個徑向軸向混合磁軸承Ⅰ、1個開關磁阻電機和1個徑向軸向混合磁軸承Ⅱ；

所述開關磁阻電機串聯布置在徑向軸向混合磁軸承Ⅰ和徑向軸向混合磁軸承Ⅱ之間；

所述開關磁阻電機，由磁阻電機定子、磁阻電機轉子和電樞線圈構成；

所述磁阻電機定子和磁阻電機轉子均為凸極結構，所述磁阻電機轉子布置在磁阻電機定子內；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；

所述徑向軸向混合磁軸承Ⅰ由徑向磁軸承Ⅰ、軸向磁軸承Ⅰ和偏置線圈Ⅰ構成；所述徑向磁軸承Ⅰ由徑向定子Ⅰ、徑向力轉子Ⅰ和徑向懸浮線圈Ⅰ構成；所述軸向磁軸承Ⅰ由偏置定子Ⅰ、軸向定子Ⅰ、軸向力轉子Ⅰ、環形導磁軛Ⅰ和軸向懸浮線圈Ⅰ構成；

所述徑向力轉子Ⅰ布置徑向定子Ⅰ內，軸向力轉子Ⅰ布置在偏置定子Ⅰ內，軸向定子Ⅰ緊密布置在環形導磁軛Ⅰ內；所述徑向定子Ⅰ和偏置定子Ⅰ串聯緊密布置，所述偏置定子Ⅰ和環形導磁軛Ⅰ串聯緊密布置；所述徑向力轉子Ⅰ和軸向力轉子Ⅰ串聯緊密布置；