一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机制造技术

本发明专利技术提出了一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机，由电机定子、磁阻电机转子、磁轴承定子、磁轴承转子、转矩绕组、悬浮力绕组和转轴构成；磁阻电机定子和磁轴承定子均是12极结构，二者轴向串行放置，且之间存有间隙；磁阻电机转子为8极结构，磁轴承转子为圆柱结构，二者套在转轴上，且之间存在与磁轴承定子和磁阻电机定子间距离相等的间隙；转矩绕组和悬浮力绕组均为12个，每个转矩绕组缠绕在处于同一周向位置的磁阻电机定子齿和磁轴承定子齿之上，每个悬浮力绕组缠绕在磁轴承定子齿上。本发明专利技术在结构上实现了转矩和悬浮力的解耦，且径向承载力大；削除了运动电动势对悬浮电流斩波控制的影响，电流实时控制效果好，高速适应性强。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机，由电机定子、磁阻电机转子、磁轴承定子、磁轴承转子、转矩绕组、悬浮力绕组和转轴构成；磁阻电机定子和磁轴承定子均是12极结构，二者轴向串行放置，且之间存有间隙；磁阻电机转子为8极结构，磁轴承转子为圆柱结构，二者套在转轴上，且之间存在与磁轴承定子和磁阻电机定子间距离相等的间隙；转矩绕组和悬浮力绕组均为12个，每个转矩绕组缠绕在处于同一周向位置的磁阻电机定子齿和磁轴承定子齿之上，每个悬浮力绕组缠绕在磁轴承定子齿上。本专利技术在结构上实现了转矩和悬浮力的解耦，且径向承载力大；削除了运动电动势对悬浮电流斩波控制的影响，电流实时控制效果好，高速适应性强。【专利说明】一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机
本专利技术属于电机
，涉及一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机。
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。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。而单绕组无轴承开关磁阻电机则是通过控制一套绕组电流使其同时具有旋转和自悬浮能力。无轴承开关磁阻电机是一个非常复杂、非线性极强的系统，转矩和悬浮力之间存在着强耦合，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，这大大影响了无轴承开关磁阻电机高速性能的发挥。为解决无轴承开关磁阻电机的上述两个缺点，国内外学者做了大量的工作，通过改变定子结构提出了 8/10和12/14结构的混合定子齿单绕组无轴承开关磁阻电机，其特点在于悬浮力和转矩分别由悬浮绕组和转矩绕组单独产生，电机为两相工作制，电机的功率密度较低；通过改变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，实现了转矩和悬浮力结构上的解耦，但悬浮绕组漆包线需求量大，费铜，且绕组利用低；通过增大转子极弧和改变定、转子极数组合提出了 12/4、12/8及16/4极结构的无轴承开关磁阻电机，然而转子极弧的增加，压缩了转矩输出宽度，功率密度较低；通过轴向增加一个径向磁轴承，提出了一种复合结构单绕组无轴承开关磁阻电机，然而悬浮运行时需要对每个绕组独立控制，所需功率器件较大，且一相悬浮励磁结束后，由于不对称电流的存在仍将产生悬浮力，不利于该相转矩输出和另一相的悬浮控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提出一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机。所述电机是一种悬浮力和转矩解耦、高速适应性强且径向承载力大的新型磁悬浮开关磁阻电机。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案: 一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机，包括电机定子、电机转子、电机绕组和转轴；所述电机定子由磁阻电机定子和磁轴承定子构成，二者均为凸极结构，齿数均为12 ；所述磁阻电机定子与磁轴承定子齿对齐，并沿转轴轴向间隔一定距离； 所述电机转子由磁阻电机转子和磁轴承转子构成，所述磁阻电机转子为凸极结构，齿数为8，所述磁轴承转子为圆柱结构；所述磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，而磁轴承转子布置在磁轴承定子内；磁阻电机转子和磁轴承转子均套在所述转轴上，且二者间距与所述磁轴承定子和磁阻电机定子间的间距相等； 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同一周向位置的磁阻电机定子齿和磁轴承定子齿上；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齿上；所述悬浮力绕组的端部长度小于磁阻电机定子与磁轴承定子的间距； 所述混合电励磁磁轴承开关磁阻电机为三相制电机，每相绕组由一套转矩绕组和两套悬浮力绕组构成；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；两套悬浮力绕组由与上述4个转矩绕组缠绕的4个磁轴承定子齿上的4个悬浮力绕组构成，其中，两对相隔180°的轴承定子齿上的悬浮力绕组反向串联为一套悬浮绕组，另外两个相隔180°的悬浮力绕组反向串联为另一套悬浮绕组；两套悬浮力绕组产生的磁通呈NNSS分布。所述凸极结构的磁阻电机转子用于产生转矩，圆柱结构的悬浮力转子用于产生悬浮力。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机，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。【专利附图】【附图说明】图I是本专利技术一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机的结构示意图。图2是本专利技术磁轴承A相绕组结构和悬浮力产生机理示意图。图3为本专利技术磁阻电机A相转矩绕组结构及磁通分布示意图。图4为本专利技术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5为本专利技术A相悬浮力绕组电感和悬浮力有限元仿真结果。图6为本专利技术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I至图6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是转矩绕组，6是悬浮力绕组，7是转轴，8、9分别表示第一气隙和第二气隙，10是A相转矩绕组Nma, 11和12分别为A相α、β方向的悬浮力绕组NsajPNsa2，13是转矩绕组电流产生的四极磁通，14为β方向悬浮力绕组电流产生的两极磁通，15、16分别为转矩绕组的流入电流i?+和流出电流ima_，17、18分别为α方向悬浮力绕组的流入电流iS3l+和流出电流isal_，19,20分别为β方向悬浮力绕组的流入电流U和流出电流iS32_，21、22分别为直角坐标系的两个方向α和β，23为产生的α正方向悬浮力Ai7，24为A相转矩绕组Nma的电感有限元仿真值，25为A相转矩绕组的电流示意图，26为A相α正方向悬浮绕组Nsal的电流示意图，27为A相β正方向悬浮绕组Nsa2的电流示意图，28是A相悬浮力绕组的电感有限元仿真值，29为A相绕组共同作用产生的悬浮力有限元仿真值，30为A相转矩绕组产生的转矩有限元仿真值，I、II、III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的技术方案进行详细说明： 如图I所示，本专利技术的一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机的结构示意图，其中，I是磁阻电机定子铁心、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是转矩绕组、6是悬浮力绕组、7是转轴。所述电机定子由磁阻电机定子和磁轴承定子构成，二者均为凸极结构，齿数均为12;所述磁阻电机定子与磁轴承定子处于齿与齿对齐状态，且二者轴向相隔一定距离，该间距大于悬浮力绕组的端部长度； 所述电机转子由磁阻电机转子和磁轴承转子构成，所述磁阻电机转子为凸极结构，齿数为8，所述磁轴承转子为圆柱结构；所述磁阻电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合电励磁磁轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括电机定子、电机转子、电机绕组和转轴；所述电机定子由磁阻电机定子和磁轴承定子构成，二者均为凸极结构，齿数均为12；所述磁阻电机定子与磁轴承定子齿对齐，并沿转轴轴向间隔指定的距离； 所述电机转子由磁阻电机转子和磁轴承转子构成，所述磁阻电机转子为凸极结构，齿数为8，所述磁轴承转子为圆柱结构；所述磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，而磁轴承转子布置在磁轴承定子内；磁阻电机转子和磁轴承转子均套在所述转轴上，且二者间距与磁轴承定子和磁阻电机定子间的间距相等；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同一周向位置的磁阻电机定子齿和磁轴承定子齿上；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齿上；所述悬浮力绕组的端部长度小于磁阻电机定子与磁轴承定子的间距；所述混合电励磁磁轴承开关磁阻电机为三相制电机，每相绕组由一套转矩绕组和两套悬浮力绕组构成；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；两套悬浮力绕组由与上述4个转矩绕组缠绕的4个磁轴承定子齿上的4个悬浮力绕组构成，其中，两对相隔180°的轴承定子齿上的悬浮力绕组反向串联为一套悬浮绕组，另外两个相隔180°的悬浮力绕组反向串联为另一套悬浮绕组；两套悬浮力绕组产生的磁通呈NNSS分布。...

【技术特征摘要】

【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