[发明专利]一种三自由度磁悬浮开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种三自由度磁悬浮开关磁阻电机，属于磁悬浮开关磁阻电机和磁悬浮轴承领域。

背景技术

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。以定子上绕组的个数多少分类，有单绕组无轴承开关磁阻电机和双绕组无轴承开关磁阻电机。二者的控制策略有所不同，但其悬浮力和转矩产生的机理是相同的，均为通过控制绕组电流大小不同，以形成一个不对称磁通，进而产生方向和大小可控的径向悬浮力，从而使电机具有旋转和自悬浮能力。相对于双绕组无轴承开关磁阻电机，单绕组无轴承开关磁阻电机定子仅有一套绕组，结构更为简单，且控制算法简单，已成为无轴承开关磁阻电机的一个研究热点和发展趋势。

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，是无轴承开关磁阻电机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，反电动势的激增导致无法对绕组电流进行跟踪斩波控制，即会出现电流斩不住的现象，这大大影响了无轴承开关磁阻电机高速性能的发挥。

无轴承电机若要实现五自由度悬浮运行，需要轴向磁悬浮轴承与其配合使用。轴向磁轴承势必会增加悬浮电机系统的轴向长度，进而降低临界转速和功率密度。因此，在实现转矩和悬浮力解耦控制基础上，实现无轴承电机和轴向磁轴承的集成化已成为磁悬浮电机领域的研究热点。

发明内容

本发明目的是提出一种集无轴承电机和轴向磁轴承于一体、悬浮力和转矩在结构上完全解耦、高速适应性强、高功率密度的三自由度磁悬浮开关磁阻电机。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种三自由度磁悬浮开关磁阻电机，包括径向磁场电机定子，凸极转子，圆柱转子、径向磁场电机绕组、磁轴承定子，磁轴承绕组；电机定子由径向磁场电机定子与两个磁轴承定子组成，径向磁场电机定子与两个磁轴承定子均为凸极结构，径向磁场电机定子的每个定子齿上绕有一个电机绕组，磁轴承定子的每个定子齿上绕有一个磁轴承绕组；每个电机定子齿上的绕组按需要可串联或并联为一定相数的绕组串，两个轴向磁轴承所有定子上的绕组分别串联或并联或串并联为两个绕组串；转子由凸极转子与两个圆柱转子轴向叠加组成，凸极转子位于两个圆柱转子之间，凸极转子铁心用于产生转矩，圆柱转子用于产生径向和轴向悬浮力。

有益效果

本发明提供的一种三自由度磁悬浮开关磁阻电机，集无轴承开关磁阻电机与轴向磁悬浮轴承于一体，集成化高；

电机定子齿上只有一个绕组，相对于双绕组无轴承开关磁阻电机，结构简单，槽满率高，省铜省硅钢片，可降低电机制造成本；

轴向磁轴承定子齿上仅有一套绕组，且定子为凸极结构，可选的结构形式多；

结构上径向悬浮力和转矩、以及径向悬浮力和轴向悬浮力完全解耦，控制方法简单，悬浮性能好。

利用最小电感区实行悬浮控制，悬浮电流对转矩电流的影响小，相间耦合作用小。

电机绕组利用率高，功率密度高，高速适应性强。

附图说明

图1是本发明的三自由度磁悬浮开关磁阻电机的三维结构剖视图；

图2是本发明的三自由度磁悬浮开关磁阻电机的绕组示意图

图3是本发明三自由度磁悬浮开关磁阻电机中的三相12/8极无轴承开关磁阻电机的绕组电感和电流与转子位置角的变化曲线图。

图中标号名称：1是径向磁场电机定子，2是凸极转子，3是圆柱转子，4是径向磁场电机绕组，5是磁轴承定子，6是磁轴承绕组，7是绕组电感，8是悬浮阶段绕组电流，9转矩阶段绕组电流。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：