本实用新型专利技术公开了一种磁悬浮开关磁阻飞轮电机，包括内定子、转子和外定子，内定子（6）、转子（4）、外定子（1）以同心方式依次嵌套，外定子（1）内壁等间隔设置12个转矩极（2），转矩极（2）上绕有主绕组（3）；转子（4）的外壁上等间隔地设置8个转子凸极（5）；内定子（6）的外壁上等间隔设置4个悬浮极（7），悬浮极（7）上绕有悬浮力绕组（8）。本实用新型专利技术克服传统磁悬浮开关磁阻电机中定、转子不对齐时不能有效产生悬浮力的问题，径向力和转矩的解耦效果好，提升径向负载能力，悬浮力绕组仅需根据所需的径向悬浮力而单独控制，外定子上各相主绕组也仅需根据所需的电磁转矩而控制，易于控制，控制算法也更简单更易实现。
【技术实现步骤摘要】
一种磁悬淳开关磁阻飞轮电机
本技术的一种磁悬浮开关磁阻飞轮电机，属电机类领域。
技术介绍
随着动力短缺以及能源利用所造成环境问题的愈加严峻，太阳能光伏发电和风力 发电因资源丰富，分布广泛，取之不尽用之不竭而得到了迅猛发展。然而太阳能光伏发电和 风力发电固有的间歇性和随机性会对电力系统的安全运行带来显著影响，因此研究先进的 储能技术尤为迫切，其中飞轮储能具有使用寿命长、储能密度高、对环境无污染、且易于防 止过充电和过放电问题、对温度不敏感等一系列优点，具有广泛的应用前景。 磁悬浮开关磁阻电机利用径向力由电机绕组产生转子径向悬浮所需的径向悬浮 力，可以在保留开关磁阻电机机械强度大、容错能力强，运行效率和临界转速高等优点的基 础上，进一步消除机械轴承带来的摩擦损耗，以及径向磁拉力不平衡引起的转子变形等问 题，并且无需润滑装置。与采用磁轴承支撑的开关磁阻电机相比，以磁悬浮开关磁阻电机作 为飞轮电机，可以有效缩小飞轮系统的体积和重量，尤其适用于飞轮惯量较小，但对系统体 积和重量要求严格的场合。 韩国学者D. H. Lee和J. W. Ahn提出的单绕组混合定子磁悬浮开关磁阻电机， 通过在定子上分别设置悬浮极和旋转极来减弱悬浮力和转矩之间的耦合；2011年发表于 ((Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers〉〉的文献 Design and analysis of double stator type bearingless switched reluctance motor，'提出 了一种双定子型的磁悬浮开关磁阻电机，通过有限方法进行了初步分析，该电机主绕组与 悬浮力绕组分别绕制在外定子和内定子上，二者磁通路径相互独立，可有效克服绕组之间 的奉禹合影响。 2011年发表于《中国电机工程学报》的文献全周期无轴承磁悬浮开关磁阻发电机 的设计公布了一种磁悬浮开关磁阻全周期发电机，可弥补传统周期性分时发电模式功率 密度低的局限性，但电机内的悬浮和发电系统之间存在严重的非线性强耦合问题。申请号 为201110313992. X的专利技术专利一种磁悬浮开关磁阻发电机和申请号为201210541096. 3 的专利技术专利一种定子混合型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机均公布了一种混合定子型的 磁悬浮开关磁阻发电机，其定子采用宽-窄极的混合结构，可以减弱发电极和悬浮极之间 的耦合，但是励磁电流对径向悬浮了仍有较大的影响。 申请号为200510040266. X的专利技术专利无轴承开关磁阻起动发电机及控制方 法提出了一种无轴承开关磁阻起动发电机以及控制方法，减少了开关磁阻起动/发电机 系统中的机械磨损，降低了电机噪声，但是主绕组与副绕组同时叠绕，存在复杂的非线性强 耦合影响，且两套绕组有效工作区域互相牵制，限制了控制方法选择的灵活性。申请号为 201310637999. 6的专利技术专利一种双定子磁悬浮开关磁阻启动/发电机提出了一种双定 子型的磁悬浮开关磁阻启动/发电机，有效减弱了主绕组与悬浮力绕组的耦合影响，且两 套绕组独立工作，增加了控制的灵活性，公布了启动和发电的原理，启动之后即根据发电要 求进行发电控制，无法实现电动与发电状态的反复切换。 申请号为201310652080. 4的专利技术专利中公布的一种单绕组混合外转子磁悬浮开 关磁阻电机，采用凸极转子和圆盘转子的混合外转子结构，通过径向相对定子绕组的差动 励磁同时产生径向悬浮力和电磁转矩，径向悬浮力与电磁转矩之间仍存在I禹合，因此径向 力和转矩的解耦效果差；同时，定子上径向相对的两极绕组同时差动励磁，二者按照所需的 径向力和转矩进行分配，悬浮力控制和转矩控制相互牵制；进一步地，圆盘外转子部分将增 长电机的轴向长度，导致电机体积增大，且限制了其临界最高转速。
技术实现思路
本技术的目的是将磁悬浮开关磁阻电机用于飞轮储能系统中，作为飞轮的传 动电机。克服上述现有技术的不足，实现电动/发电功能与径向悬浮功能解稱，有效缩小飞 轮系统的体积，同时径向力和转矩的解耦效果好。 本技术的技术方案是：一种磁悬浮开关磁阻飞轮电机，包括内定子、转子和外 定子，内定子、转子、外定子以同心方式依次嵌套，外定子内壁等间隔设置12个转矩极（主 绕组极），转矩极（主绕组极）上绕有主绕组；转子的外壁上等间隔地设置8个转子凸极 (转子极），不绕有任何绕组；内定子的外壁上等间隔设置4个悬浮极（悬浮力绕组极）， 悬浮极上绕有悬浮力绕组。主绕组负责产生电磁转矩；悬浮力绕组负责产生径向悬浮力。 转矩极上的主绕组负责根据控制需要而产生电磁转矩。当转矩与飞轮转动的方向 相同时，轮储能系统处于充电状态；当转矩与飞轮转动方向相反时，飞轮做减速运动，飞轮 储能系统处于放电状态。系统在最高转速ω_和最低转速Co min之间循环运行，可吸收以及 释放的能量为W =Kk -〇/2。 主绕组的径向垂直相对的四极串接，形成A、B、C三相，主绕组的功率变换器采用 三相不对称半桥功率变换器；内定子的功率变换器采用四相不对称半桥功率变换器。 三相不对称半桥功率变换器包括三相不对称半桥拓扑电路，三相不对称半桥拓扑 电路包括充电端电容Cl、放电端电容C2、放电端电感（L2)、放电端二极管D8、开关端电感 L1、功率器件、开关电容C3、单刀双掷开关S和三组相并联的半桥拓扑电路； 四相不对称半桥功率变换器包括四相不对称半桥拓扑电路，四相不对称半桥拓扑 电路包括四组相并联的半桥拓扑电路和一个并联电容Cll。 半桥拓扑电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一二极管、第二二极管和 绕组，绕组的两端分别连接第一功率开关管的发射极和第二功率开关管的集电极，第二二 极管的负极连接第一功率开关管的发射极，正极连接第二功率开关管的发射极，第一二极 管的负极连接第一功率开关管的集电极，正极连接第二功率开关管的集电极。 三相不对称半桥拓扑电路的半桥拓扑电路中的绕组为主绕组，三相不对称半桥拓 扑电路的具体电路结构为：三组半桥拓扑电路的第一功率开关管VI、V3、V5的集电极相连 接，三组半桥拓扑电路的第二功率开关管V4、V2、V6的发射极相连接，开关电容C3的两端分 别连接第一功率开关管VI、V3、V5的集电极和第二功率开关管V4、V2、V6的发射极； 功率器件与放电端电容C2串联后与放电端二极管D8并联，放电端电感L2的一端 连接放电端电容C2，单刀双掷开关S的三个触角分别连接开关端电感Ll、放电端电感L2和 充电端电容Cl，开关端电感Ll连接第一功率开关管VI、V3、V5的集电极，充电端电容Cl并 联连接在充电端的正负极之间。 四相不对称半桥拓扑电路中的四组相并联的半桥拓扑电路中的绕组为悬浮力绕 组Lxl、L yl、Lx2、Ly2，四相不对称半桥拓扑电路的具体电路结构为： 悬浮力绕组1^1、1^1、1^2、1^ 2的两端分别连接第一功率开关管￥11、￥12、￥13、￥14的 发射极和第二功率开关管V15、V16、V17、V18的集电极，第二二极管D15、D16、D17、D18的 负极连接第一功本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁悬浮开关磁阻飞轮电机，包括内定子(6)、转子(4)和外定子(1)，其特征在于：所述内定子(6)、转子(4)、外定子(1)以同心方式依次嵌套，所述外定子(1)内壁等间隔设置12个转矩极(2)，所述转矩极(2)上绕有主绕组(3)；转子(4)的外壁上等间隔地设置8个转子凸极(5)；内定子(6)的外壁上等间隔设置4个悬浮极(7)，所述悬浮极(7)上绕有悬浮力绕组(8)。
【技术特征摘要】
1. 一种磁息浮开关磁阻飞轮电机，包括内定子化）、转子（4)和外定子（1)，其特征在 于；所述内定子化）、转子（4)、外定子（1)W同也方式依次嵌套，所述外定子（1)内壁等间 隔设置12个转矩极（2)，所述转矩极（2)上绕有主绕组（3);转子（4)的外壁上等间隔地设 置8个转子凸极巧）；内定子化）的外壁上等间隔设置4个息浮极（7)，所述息浮极（7)上 绕有息浮力绕组巧）。2. 根据权利要求1所述的磁息浮开关磁阻飞轮电机，其特征在于：所述主绕组（3)的 径向垂直相对的四极串接，形成A、B、CH相，所述主绕组（3)的功率变换器采用H相不对称 半桥功率变换器；所述内定子的功率变换器采用四相不对称半桥功率变换器。3. 根据权利要求2所述的磁息浮开关磁阻飞轮电机，其特征在于：所述H相不对称半 桥功率变换器包括H相不对称半桥拓扑电路，所述H相不对称半桥拓扑电路包括充电端电 容C1、放电端电容C2、放电端电感L2、放电端二极管D8、开关端电感11、功率器件（10)、开 关电容C3、单刀双掷开关S和H组相并联的半桥拓扑电路（11);所述功率器件（10)包括功 率开关管V7和二极管D7,所述放电端电感L2、放电端电容C2、功率开关管V7、二极管D7和 放电端二极管D8组成化k变换器； 所述四相不对称半桥功率变换器包括四相不对称半桥拓扑电路，所述四相不对称半 桥拓扑电路包括四组相并联的半桥拓扑电路（11)和一个并联电容C11。4. 根据权利要求3所述的磁息浮开关磁阻飞轮电机，其特征在于：所述半桥拓扑电路 (11)包括第一功率开关管（VII)、第二功率开关管（V15)、第一二极管值11)、第二二极管 (D15)和绕组，所述绕组的两端分别连接第一功率开关管（VII)的发射极和第二功率开关 管（V15)的集电极，第二二极管值15)的负极连接第一功率开关管（VII)的发射极...
【专利技术属性】
技术研发人员：周云红，孙玉坤，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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