[实用新型]一种定子混合型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮开关磁阻发电机，尤其是一种定子混合型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机，属于机电领域。 

背景技术

开关磁阻电机采用双凸极结构，定子绕有集中绕组，转子既无绕组也无永磁体，具有结构简单坚固、控制灵活方便、调速范围广、运行效率高、工作可靠、成本低等诸多优点，特别适合在恶劣环境和要求高速、超高速的场合下运行。考虑到开关磁阻电机的定子和磁轴承定子结构的相似性，将磁轴承技术与开关磁阻电机相结合形成磁悬浮开关磁阻电机，不仅拓宽磁悬浮电机的理论和应用范围，而且还继承和发挥了开关磁阻电机的高速优越性及其对恶劣环境的适应性，同时通过径向力的主动控制，有望改善一直以来限制开关磁阻电机推广应用的电磁振动和噪声问题，因而磁悬浮开关磁阻电机近年来得到了国内外学者的广泛关注。 

日本学者 M. Takemoto首次提出了三相12/8极双绕组结构磁悬浮开关磁阻电动机，并对其数学模型和控制策略方面进行了分析研究，国内学者在该电机的数学模型、控制策略、电磁特性、振动抑制、线性化解耦等方面进行了深入研究，然而该电机绕组结构的复杂性、磁路的交叉耦合性以及铁芯材料的磁饱和非线性使其高性能控制非常困难。为此，韩国学者D.H.Lee和J.W.Ahn近年来提出了8/10极和12/14极单绕组磁悬浮开关磁阻电动机。该电动机通过在定子上分别设置悬浮极和旋转极来消除悬浮力和转矩之间的耦合，另外将悬浮极齿宽设置为旋转极齿宽2倍，来提高电机的悬浮性能。以上研究均是针对磁悬浮开关磁阻电动机的研究，而关于磁悬浮开关磁阻发电机的研究目前比较少，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”提出了一种磁悬浮开关磁阻全周期发电机，其悬浮绕组同时担任悬浮和励磁两种功能，并且在悬浮绕组完成励磁关断后，主绕组续流发电。但是悬浮绕组和主绕组在磁路上存在交叉耦合，悬浮力和发电电压之间存在复杂的非线性强耦合关系，这使得悬浮和发电性能难以满足要求。 

申请号为201110313992.x的发明专利“一种磁悬浮开关磁阻发电机”公布了一种8/10极定子混合型磁悬浮开关磁阻发电机，其定子极分设为悬浮极和发电极，悬浮极上的载流悬浮绕组产生悬浮力使转子稳定悬浮，发电极上的励磁绕组和发电绕组绕分别进行励磁和发电。由于悬浮极与发电极之间的独立性，该结构基本实现了励磁、悬浮与发电控制的自然解耦。但是，在该结构中，仅有一半的定子极用于励磁和发电，所以励磁困难且功率密度非常低。而且，该电机采用长磁路结构，在定子铁心中存在逆转磁场，这不但增加了电机磁动势要求，也增加了电机的定子铁芯损耗。同时，当电机励磁绕组与悬浮绕组一起通电时，励磁电流对径向悬浮力仍有较大的影响。 

实用新型内容

本实用新型的目的是：针对现有技术中磁悬浮开关磁阻发电机存在的上述不足，提供一种定子混合型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机，该发电机通过分设悬浮极和发电极，实现励磁、发电与悬浮的自然解耦，采用短磁路设计避免了逆转磁场，降低了电机铁心损耗，通过增加发电极极数提高了系统输出功率密度。 

本实用新型所采用的技术方案是： 

一种定子混合型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机，包括定子铁心、沿定子铁心内壁圆周方向等间隔90°设置的四个悬浮极、设置于两个相邻悬浮极之间的发电极、转子铁心、转子铁心外壁沿外圆周方向等间隔设置的转子极，所述发电极等间隔至少设置两个，所述转子极的数量由发电极的数量决定，四个悬浮极上分别叠绕有四套相互独立的悬浮绕组，每个发电极上叠绕有励磁绕组和发电绕组。

作为本实用新型的进一步改进，所述发电机采用定子12极、转子14极的双凸极结构。 

作为本实用新型的进一步改进，等间隔设置于两个相邻悬浮极之间的发电极数量为两个，即八个发电极等间隔30°两两成对设置在四个悬浮极之间，转子铁心外壁沿外圆周方向等间隔设置的转子极数量为14个。 

作为本实用新型的进一步改进，对置的两对发电极上的励磁绕组互相串联构成A相励磁绕组Nsa，沿同一方向对置的两对发电极上的发电绕组互相串联构成A相发电绕组Nga；与所述方向垂直位置对置的两对发电极上的励磁绕组互相串联构成B相励磁绕组Nsb，沿同一垂直方向对置的两对发电极上的发电绕组互相串联构成B发电磁绕组Ngb。 

作为本实用新型的进一步改进，所述悬浮极的极弧略大于转子极距，发电极极弧与转子极极弧相同，是悬浮极极弧的一半，悬浮极和发电极的内沿和转子极的外沿之间留有气隙。 

作为本实用新型的进一步改进，所述悬浮极极弧为25.7°，发电极极弧和转子极极弧为12.85°。