[發明專利]一種三相18/16極無軸承開關磁阻電機

有效

• 申請號: 202110376360.1
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113162316B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉澤遠;王振;魏明霞;郭鴻浩;姜永將;張文峰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02K7/09
• 分類號: H02K7/09
• 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

本發明公布了一種三相18/16極無軸承開關磁阻電機。利用轉矩齒上的轉矩繞組產生輸出轉矩，利用懸浮齒上的懸浮繞組產生徑向懸浮力；由于懸浮齒的極弧角等于一個轉子周期角，使得懸浮繞組電感恒定，運動電動勢為零，故懸浮繞組不產生轉矩，進而本發明可在結構上實現轉矩和懸浮力的自然解耦；旋轉控制采用傳統開關磁阻電機驅動方式，懸浮控制類似傳統電磁軸承的控制模式，控制簡單，懸浮性能好；每個齒上僅繞有一個線圈，結構簡單，加工裝配便利，多轉子齒數結構，有利于減小轉矩脈動和增加輸出功率；另外，轉矩和懸浮磁路均為短磁路結構，有利于減小鐵心損耗，而且電機運行時定子軛部磁通方向不發生變化，有助于進一步減小定子鐵心損耗。

技術領域

本發明涉及一種三相18/16極無軸承開關磁阻電機，屬于磁懸浮電機領域。

背景技術

開關磁阻電機結構簡單，定轉子均為凸極結構，定子上繞有集中式繞組，轉子無繞組、無永磁體，高速性能好，容錯性能強，耐高溫耐油脂，環境適應性強，在航空航天、電動汽車、飛輪儲能，紡織石油礦山等領域應用廣泛。利用磁軸承定子結構的相似性，將磁懸浮功能集成到開關磁阻電機中，便構成了無軸承開關磁阻電機。

由于無軸承開關磁阻電機集旋轉與懸浮兩功能于一體，不僅可有效解決高速運行時軸承摩擦帶來的損耗和發熱等問題，還能進一步發揮開關磁阻電機的高速適應性，從而強化其在航空航天、飛輪儲能、艦船等高速領域的應用基礎。

然而，傳統結構形式無軸承開關磁阻電機，如12/8、6/4和8/6等，因運行機理制約，使得轉矩和懸浮力存在強耦合關系，控制上難以徹底解決二者的耦合，進而導致該類結構電機高速懸浮性能較差。另外，由于運動電動勢的作用，傳統結構無軸承開關磁阻電機高速運行時的懸浮電流跟蹤及斬波控制困難，使得電機懸浮和輸出性能進一步變差。

為此，國內外學者提出眾多結構上轉矩與懸浮力自然解耦的新型無軸承開關磁阻電機拓撲，比較典型的是韓國學者提出的寬窄齒結構的8/10和12/14極電機，均具有解耦性。然而，8/10和12/14極無軸承開關磁阻電機僅能作為兩相工作制電機運行，存在起動轉矩死區，限制了其推廣應用。因此，發展結構上轉矩與懸浮力自然解耦的新型無軸承開關磁阻電機拓撲是該領域的研究熱點。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種三相18/16極無軸承開關磁阻電機。所述電機是一種結構上轉矩和懸浮力自然解耦的三相無軸承開關磁阻電機。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種三相18/16極無軸承開關磁阻電機，所述電機，包括定子、轉矩線圈、懸浮線圈、轉子和轉軸；所述轉子套在轉軸上，且所述轉子布置在所述定子內；

所述定子為凸極結構，包括12個轉矩齒和6個懸浮齒，共18個齒；6個所述懸浮齒空間上均勻分布，齒與齒相差60°；相鄰兩懸浮齒間布置有2個轉矩齒，相鄰兩轉矩齒相隔22.5°(恰好為一個轉子周期角)，相鄰轉矩齒與懸浮齒間相差18.75°；

所述轉子為凸極結構，齒數為16；16個所述轉子齒空間上均勻分布，齒與齒相差22.5°；

所述懸浮齒的極弧角等于1個轉子周期角，即22.5°；

每個轉矩齒上繞有1個轉矩線圈，共12個；相鄰兩轉矩齒上的轉矩線圈串聯為1個轉矩線圈串，共6個；空間上相差180°的2個轉矩線圈串串聯為1個轉矩繞組，共3個，依次為A、B和C相轉矩繞組；

每個懸浮齒上繞有1個懸浮線圈，共6個；相鄰兩懸浮齒上的懸浮線圈串聯為1個懸浮繞組，共3個，依次為S₁、S₂和S₃懸浮繞組；