本发明专利技术公开了一种12/6极混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机及其控制方法，该发电机定子有12个齿极，每个定子齿极绕有一套绕组，转子由6个齿极和一个圆盘轴向叠加而成，无绕组。所述发电机定子凸极极宽与转子凸极极宽相同。所述结构使得每相电感有1/2周期位于底部平坦区域，1/4位于上升区域，1/4位于下降区域。发电运行时，只导通机械结构互成120°且电感处于平坦区和上升区的三相，每相独立控制产生悬浮力并为发电阶段励磁，剩余处于电感下降区三相则续流发电。该新型发电机集径向磁轴承与开关磁阻电机于一体，转子极制动转矩大，发电出力多，悬浮相电流对发电相电流影响小，径向负载能力强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机及其控制方法，属于磁悬浮开关磁阻发电机领域。
技术介绍
磁悬浮开关磁阻电机是将磁轴承技术与开关磁阻电机相结合，实现磁轴承与开关磁阻电机共用一套绕组，通过控制绕组电流使其同时具有自悬浮和电动发电的能力，实现电机的无轴承运行。由于磁悬浮开关磁阻电机结构上与开关磁阻电机的相似性，继磁悬浮开关磁阻电机电动运行研宄之后，拓展磁悬浮开关磁阻电机发电运行模式已经成为一个研宄的热点。传统的磁悬浮开关磁阻发电机，其励磁和发电过程是周期性分时控制的，难以实现对悬浮力大小的实时跟踪控制。文献“三相串联励磁式无轴承开关磁阻电机发电原理与实现”在双绕组结构基础上提出了相邻三极串联悬浮励磁，一相四极串联发电的悬浮发电的控制策略。但是励磁绕组提供悬浮力的同时，要给相邻三相发电绕组提供励磁能量，多个定子极之间磁路耦合严重，发电电压和悬浮力的数学模型难以建立，悬浮力与发电电压解親控制效果有待提尚。磁悬浮开关磁阻发电机，发电原理类似于普通开关磁阻电机，磁链随转子的旋转发生变化，电感下降区运动电动势使得部分磁能释放出来变为电能。以12/8极开关磁阻发电机为例，单向导通模式下，同一时刻仅有一相绕组电感位于下降区，转子只有4极可产生制动转矩，机械能转化效率低，输出功率密度有待提高。
技术实现思路
本专利技术提出一种新型磁悬浮发电机，转子集凸极转子和盘形磁轴承于一体，制动转矩与悬浮力之间耦合小，控制算法简单，功率密度高。本专利技术采用的技术方案如下:一种12/6极混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机，包括圆盘，定子凸极，转子凸极，绕组，定子铁心，气隙；电机的转子由圆盘与转子凸极轴向叠加组成，圆盘提供径向力，转子凸极提供制动转矩，转子铁心径向上等间隔分布6个转子凸极，电机的定子包括定子凸极，绕组，定子铁心，所述定子铁心上等间隔分布12个定子凸极，所述转子凸极与定子凸极的极宽相同，每个定子凸极的定子齿上绕有一套绕组，定子上间隔60°两个齿极上的绕组串联作为一相，共6相。进一步，所述圆盘的轴向厚度与转子凸极的轴向厚度之和为电机的轴向长度，所述圆盘的直径与转子凸极外径相同。进一步，所述气隙介于电机定子和转子之间。本专利技术的方法的技术方案为:一种12/6极混合转子结构磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，包括:步骤3.1，在绕组电感处于平坦区和上升区的位置，向定子上互成120°分布的三对绕组通入电流进行励磁，分别控制每一对绕组的电流大小，吸引圆盘产生三个自由度方向上径向悬浮力Fx、Fy、Fz;步骤3.2，保持绕组持续励磁直至发电阶段开始，绕组在电感最大位置处励磁结束，励磁结束前强迫控制绕组中的电流幅值相同，绕组电感进入下降区开始续流发电，励磁结束同时导通定子上其余三对绕组，分别控制此三对绕组的电流大小，重复步骤3.1励磁过程；步骤3.3，根据步骤3.1、步骤3.2交替对定子上的6相绕组进行换相励磁，使得径向悬浮力Fx、Fy、持圆盘悬浮于气隙磁场中。进一步，所述绕组电感处于平坦区和上升区的位置时，绕组电流产生的磁链通过圆盘、定子凸极、定子铁心形成闭合磁路；所述绕组电感进入下降区时，绕组电流产生的磁链通过转子凸极、定子凸极定子铁心形成闭合磁路。本专利技术的有益效果:I)定子极采用集中绕组，转子极无绕组，结构清晰，功能明确。2)混合转子结构圆盘和转子凸极分别提供悬浮力和制动转矩，结构清晰，控制目标明确。3)悬浮力不随转子位置角周期变化，径向力波动小，径向负载能力强。4)所有转子凸极同步产生制动转矩，制动转矩利用效率高，机械能的转化效率高。5)多相绕组同时励磁，悬浮相发电相相互独立，可连续输出发电电压，相对于传统磁悬浮开关磁阻电机周期分时发电模式具有明显优势。6)本专利技术的方法能够避免发电阶段电流的不平衡导致悬浮力失稳，制动转矩与悬浮力之间耦合小，控制算法简单。【附图说明】图1是混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机二维结构示意图。图2是混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机三维结构示意图。图3是混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机三相悬浮绕组结构示意图。图4是混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机三相发电绕组结构示意图。图5是混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机一相电流变化以及自电感分布曲线。【具体实施方式】下面结合附图进一步说明本专利技术的【具体实施方式】。如图1、2所示，本专利技术所述混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机，电机铁心由凸极定子、凸极转子和圆盘转轴混合结构组成；包括圆盘1，定子凸极2，转子凸极3，绕组4，定子铁心5，气隙6。其中转子由圆盘I与转子凸极3轴向叠加组成；圆盘I提供径向力，转子凸极3提供制动负转矩。本专利技术所述混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机，定子凸极齿数为12，混合结构转子凸极齿数为6，每相绕组由间隔60°的两个绕组4串联组成，每相均独立控制。本专利技术转子无绕组，每个定子极绕有一套绕组4，定子上间隔60°两个齿极上的绕组串联作为一相，混合结构转子凸极3的齿数为6，转子凸极3与定子凸极2极宽相同；圆盘I与转子凸极3轴向叠加且外径与转子凸极3外径相同；转子凸极3与圆盘I轴向长度比例遵循实际悬浮力与制动转矩要求。 如图3所示转子凸极3转过对齐位置时，悬浮相分布如图所示，此时圆盘受到X、y、z三个方向上的径向力，合成得到悬浮力；x方向的悬浮力由绕组电流ixl控制，其中i xl+为流入电流，ixl-为流出电流，控制ix电流大小即可控制X方向径向力；同理，y方向的悬浮力由绕组电流iyl提供，其中i yl+为流入电流，i yl_为流出电流，z当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种12/6极混合转子结构磁悬浮开关磁阻发电机，其特征在于：包括圆盘(1)，定子凸极(2)，转子凸极(3)，绕组(4)，定子铁心(5)，气隙(6)；电机的转子由圆盘(1)与转子凸极(3)轴向叠加组成，圆盘(1)提供径向力，转子凸极(3)提供制动转矩，转子铁心径向上等间隔分布6个转子凸极(3)，电机的定子包括定子凸极(2)，绕组(4)，定子铁心(5)，所述定子铁心(5)上等间隔分布12个定子凸极(2)，所述转子凸极(3)与定子凸极(2)的极宽相同，每个定子凸极(2)的定子齿上绕有一套绕组(4)，定子上间隔60°两个齿极上的绕组串联作为一相，共6相。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉坤，杨凯，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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