本发明专利技术公开了一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机。所述电机包括电机定子、电机转子和电机绕组；所述电机定子由磁阻电机定子、隔磁盘定子和磁轴承定子构成；电机转子由磁阻电机转子、隔磁盘转子和磁轴承转子构成；磁轴承定子为［型结构，磁轴承转子为圆柱结构；磁阻电机定子、转子均为凸极结构；所述电机绕组包括转矩绕组和悬浮力绕组；每个转矩绕组缠绕在磁阻电机定子、隔磁盘定子及磁轴承定子［型铁心的一个齿之上；每个悬浮力绕组缠绕在磁轴承定子[型铁心的另一个齿上。本发明专利技术磁阻电机转子产生转矩，悬浮力转子产生悬浮力，结构上实现了转矩和悬浮力的解耦；悬浮导通区间，运动电动势为零，削除了运动电动势对电流斩波控制的影响，改善了电流实时控制效果。
【技术实现步骤摘要】
—种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机
本专利技术属于电机
，涉及一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机。
技术介绍
无轴承开关磁阻电机是20世纪末发展起来的一种新型磁悬浮电机。按定子上绕有绕组的数量，可分为单绕组和双绕组结构。复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机是将产生悬浮力的悬浮绕组和原来开关磁阻电机的绕组一起叠绕在电机的定子上，通过控制两套绕组电流使其同时具有旋转和自悬浮能力，从而实现电机的超高速运行。复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩和悬浮力之间存在着强耦合关系，且很难在控制策略和数学模型中实现二者的完全解耦，这是复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机悬浮和运行性能难以提高的主要因素之一。另外，因悬浮力控制所需，必须对绕组电流进行斩波控制，而高速运行时，运动电动势和感应电动势的双重作用导致无法对电流进行跟踪斩波控制，即会出现斩不住的现象，这大大影响了复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机高速性能的发挥。为解决复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机的上述两个缺点，南京航空航天大学通过改变传统12/8极结构复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机悬浮绕组的连接方式提出了串励式双绕组无轴承开关磁阻发电机。它将同一方向上的三相悬浮绕组串联为一套绕组，这样悬浮绕组磁导在一个转子周期恒定不变，悬浮电流不产生转矩。由于悬浮绕组和转矩绕组共磁路，两套绕组之间及相间耦合强度大，仅能部分解决了转矩和悬浮力耦合问题。悬浮绕组漆包线需求量大，费铜，且绕组利用低；另外，该电机仅能作为发电机，限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术目的是提出一种悬浮力和转矩解耦、转矩磁路和悬浮力磁路分离、高速适应性强且径向承载力大的新型双绕组无轴承开关磁阻电机。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案: 一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机，包括电机定子、电机转子和电机绕组； 所述电机定子由磁阻电机定子、隔磁盘定子和磁轴承定子构成，所述隔磁盘定子处于磁阻电机定子与磁轴承定子之间； 所述电机转子由磁阻电机转子、隔磁盘转子和磁轴承转子构成；所述隔磁盘转子处于磁阻电机转子与磁轴承转子之间； 所述磁阻电机定子和磁轴承定子齿数均为12，磁阻电机定子铁心为凸极结构，磁轴承定子由12个[型铁心组合而成，且[型铁心开口处正对于磁轴承转子，每个[型铁心包括两个凸极齿；磁轴承定子、隔磁盘定子和磁阻电机定子轴向齿对齐，且齿宽均相同； 所述磁轴承转子布置在磁轴承定子内，隔磁盘转子布置在隔磁盘定子内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；磁阻电机转子及隔磁盘转子均为8极凸极结构，磁轴承转子为圆柱结构； 所述电机绕组包括转矩绕组和悬浮力绕组；所述转矩绕组共有12个，每个转矩绕组缠绕在磁阻电机定子、隔磁盘定子及磁轴承定子[型铁心的一个齿之上，该齿比[型铁心的另一个齿与磁阻电机定子近；所述悬浮力绕组共有12个，每个悬浮力绕组缠绕在磁轴承定子[型铁心的另一个齿上； 所述无轴承开关磁阻电机为三相电机，每相绕组由一套转矩绕组和两套悬浮力绕组构成，其中，所述一套转矩绕组由4个空间上相隔90°的转矩绕组正向串联而成，4个转矩绕组产生的磁通呈NSNS交替分布；两套悬浮力绕组分别由与磁阻电机定子处于同一周向位置处的4个磁轴承定子齿上的4个线圈连接而成，具体连接方式为，两对相隔180°的轴承定子齿上的线圈反向串联为一套悬浮力绕组，另外两个相隔180°的线圈反向串联为另一套悬浮力绕组；两套悬浮力绕组产生的磁通呈NNSS分布。本专利技术的有益效果是:本专利技术提出了一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机，采用本专利技术的技术方案，具有如下技术效果: (1)悬浮力和转矩解耦，高速悬浮性能好； (2)悬浮控制类似径向磁轴承，控制方便； (3)削除了运动电动势的对绕组电流斩波控制的影响，电流实时控制效果好； (4)径向悬浮力大,高速适应性强； (5)各相悬浮磁路分离，且转矩磁路与悬浮磁路也隔离，磁路耦合性弱。【附图说明】图1是本专利技术电机的三维结构示意图。图2是本专利技术电机的磁通磁路示意图。图3是本专利技术电机的A相转矩绕组结构和磁通分布示意图。图4为本专利技术电机的A相悬浮力绕组结构示意图。图5为本专利技术电机的A相转矩绕组电感、转矩绕组电流和悬浮力绕组电流的示意图。图6为本专利技术电机的A相悬浮力绕组电感和悬浮力有限元仿真结果。图7为本专利技术电机的A相转矩绕组产生的转矩有限元仿真结果。附图标记说明:图1至图7中，I是磁阻电机定子铁心，2是磁阻电机转子，3是磁轴承定子铁心，4是磁轴承转子，5是隔磁盘定子，6是隔磁盘转子，7是转矩绕组，8是悬浮力绕组，9是第一气隙，10是第二气隙，11是转矩绕组电流在磁轴承中产生的磁通，12是悬浮力绕组电流产生的磁通，13是转矩绕组电流在磁阻电机中产生的四极磁通，14是A相转矩绕组Nma，15、16分别为转矩绕组的流入电流ima+和流出电流ima_, 17、18分别为A相α、β方向的悬浮力绕组凡31和凡&，19、20分别为α方向悬浮力绕组的流入电流iS3l+和流出电流isal-，21,22分别为β方向悬浮力绕组的流入电流isa2+和流出电流isa2_，23,24分别为直角坐标系的两个方向α和β，25为A相转矩绕组Nma的电感有限元仿真值，26为A相转矩绕组的电流示意图，27为A相α正方向悬浮绕组Nsal的电流示意图，28为A相β正方向悬浮绕组Nsa2的电流示意图，29是A相悬浮力绕组的电感有限元仿真值，30为A相绕组共同作用产生的悬浮力有限元仿真值，31为A相转矩绕组产生的转矩有限元仿真值，1、I1、III分别表示三个励磁区间。【具体实施方式】下面结合附图，对本专利技术一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机的技术方案进行详细说明: 如图1所示，本专利技术的一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机的三维结构示意图，其中，I为磁阻电机定子铁心、2是磁阻电机转子铁心、3是磁轴承定子铁心、4是磁轴承转子铁心、5是隔磁盘定子、6是隔磁盘转子、7是转矩绕组、8是悬浮力绕组。所述电机定子由磁阻电机定子、隔磁盘定子和磁轴承定子通过轴向叠加构成，其中隔磁盘定子布置在磁阻电机定子与磁轴承定子之间；磁阻电机定子和磁轴承定子齿数均为12，磁阻电机定子铁心为凸极结构，12个单独[型铁心共同组合为磁轴承定子，且[型铁心开口处正对于磁轴承转子，每个磁轴承定子包括两个凸极齿；磁轴承定子、隔磁盘定子和磁阻电机定子轴向处于齿与齿对齐状态，且三者定子齿宽相同，以方便绕线，简化绕线工艺。所述电机绕组，包括转矩绕组和悬浮力绕组两类绕组，其中，每个转矩绕组缠绕在磁阻电机定子、隔磁盘定子及与之相近一个磁轴承定子齿之上，共有12个；每个悬浮力绕组缠绕在磁轴承定子[型铁心的另一个齿上，该定子齿远离磁阻电机定子，共有12个。所述电机转子由磁阻电机转子、隔磁盘转子和磁轴承转子通过轴向叠加构成，隔磁盘转子布置在磁阻电机转子与磁轴承转子之间，其中磁轴承转子布置在磁轴承定子内，隔磁盘转子布置在隔磁盘定子内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；磁阻电机转子铁心及隔磁盘转子均为8极凸极结构，磁轴承转子铁心为圆柱结构； 所述电机为三相制电机，每相绕组由一套转矩绕组和两套悬浮力绕组构成，其中，一套转矩绕组由4个空间上相隔90°的转矩绕组正向串联而成，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括电机定子、电机转子和电机绕组； 所述电机定子由磁阻电机定子、隔磁盘定子和磁轴承定子构成，所述隔磁盘定子处于磁阻电机定子与磁轴承定子之间；所述电机转子由磁阻电机转子、隔磁盘转子和磁轴承转子构成；所述隔磁盘转子处于磁阻电机转子与磁轴承转子之间；所述磁阻电机定子和磁轴承定子齿数均为12，磁阻电机定子铁心为凸极结构，磁轴承定子由12个［ 型铁心组合而成，且 [ 型铁心开口处正对于磁轴承转子，每个［ 型铁心包括两个凸极齿；磁轴承定子、隔磁盘定子和磁阻电机定子轴向齿对齐，且齿宽均相同；所述磁轴承转子布置在磁轴承定子内，隔磁盘转子布置在隔磁盘定子内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；磁阻电机转子及隔磁盘转子均为8极凸极结构，磁轴承转子为圆柱结构；所述电机绕组包括转矩绕组和悬浮力绕组；所述转矩绕组共有12个，每个转矩绕组缠绕在磁阻电机定子、隔磁盘定子及磁轴承定子［ 型铁心的一个齿之上，该齿比［ 型铁心的另一个齿与磁阻电机定子近；所述悬浮力绕组共有12个，每个悬浮力绕组缠绕在磁轴承定子 [ 型铁心的另一个齿上；所述无轴承开关磁阻电机为三相电机，每相绕组由一套转矩绕组和两套悬浮力绕组构成，其中，所述一套转矩绕组由4个空间上相隔90°的转矩绕组正向串联而成，4个转矩绕组产生的磁通呈NSNS交替分布；两套悬浮力绕组分别由与磁阻电机定子处于同一周向位置处的4个磁轴承定子齿上的4个线圈连接而成，具体连接方式为，两对相隔180°的轴承定子齿上的线圈反向串联为一套悬浮力绕组，另外两个相隔180°的线圈反向串联为另一套悬浮力绕组；两套悬浮力绕组产生的磁通呈NNSS分布。...
【技术特征摘要】
1.一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括电机定子、电机转子和电机绕组； 所述电机定子由磁阻电机定子、隔磁盘定子和磁轴承定子构成，所述隔磁盘定子处于磁阻电机定子与磁轴承定子之间； 所述电机转子由磁阻电机转子、隔磁盘转子和磁轴承转子构成；所述隔磁盘转子处于磁阻电机转子与磁轴承转子之间； 所述磁阻电机定子和磁轴承定子齿数均为12，磁阻电机定子铁心为凸极结构，磁轴承定子由12个[型铁心组合而成，且[型铁心开口处正对于磁轴承转子，每个[型铁心包括两个凸极齿；磁轴承定子、隔磁盘定子和磁阻电机定子轴向齿对齐，且齿宽均相同； 所述磁轴承转子布置在磁轴承定子内，隔磁盘转子布置在隔磁盘定子内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；磁阻电机转子及隔磁盘转子均为8极凸极结构，磁轴承转子为圆柱结构； 所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽远，杨艳，曹鑫，邓智泉，王世山，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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