[发明专利]一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机。

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。按定子上绕有绕组的数量，可分为单绕组和双绕组结构。复合结构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。

复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩和悬浮力之间存在着强耦合关系，且很难在控制策略和数学模型中实现二者的完全解耦，这是复合结构双绕组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，这大大影响了复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机高速性能的发挥。

为解决复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机的上述两个缺点，南京航空航天大学通过改变传统12/8极结构复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机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发电机。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。由于悬浮绕组和转矩绕组共磁路，两套绕组之间及相间耦合强度大，仅能部分解决了转矩和悬浮力耦合问题。悬浮绕组漆包线需求量大，费铜，且绕组利用低；另外，该电机仅能作为发电机，限制了其应用范围。

发明内容

本发明目的是提出一种悬浮力和转矩解耦、转矩磁路和悬浮力磁路分离、高速适应性强且径向承载力大的新型双绕组无轴承开关磁阻电机。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机，包括电机定子、电机转子和电机绕组； 

所述电机定子由磁阻电机定子、隔磁盘定子和磁轴承定子构成，所述隔磁盘定子处于磁阻电机定子与磁轴承定子之间；

所述电机转子由磁阻电机转子、隔磁盘转子和磁轴承转子构成；所述隔磁盘转子处于磁阻电机转子与磁轴承转子之间；

所述磁阻电机定子和磁轴承定子齿数均为12，磁阻电机定子铁心为凸极结构，磁轴承定子由12个［ 型铁心组合而成，且 [ 型铁心开口处正对于磁轴承转子，每个［ 型铁心包括两个凸极齿；磁轴承定子、隔磁盘定子和磁阻电机定子轴向齿对齐，且齿宽均相同；

所述磁轴承转子布置在磁轴承定子内，隔磁盘转子布置在隔磁盘定子内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；磁阻电机转子及隔磁盘转子均为8极凸极结构，磁轴承转子为圆柱结构；

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磁阻电机定子、隔磁盘定子及磁轴承定子［ 型铁心的一个齿之上，该齿比［ 型铁心的另一个齿与磁阻电机定子近；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 [ 型铁心的另一个齿上；

所述无轴承开关磁阻电机为三相电机，每相绕组由一套转矩绕组和两套悬浮力绕组构成，其中，所述一套转矩绕组由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；两套悬浮力绕组分别由与磁阻电机定子处于同一周向位置处的4个磁轴承定子齿上的4个线圈连接而成，具体连接方式为，两对相隔180°的轴承定子齿上的线圈反向串联为一套悬浮力绕组，另外两个相隔180°的线圈反向串联为另一套悬浮力绕组；两套悬浮力绕组产生的磁通呈NNSS分布。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种复合结构双绕组无轴承开关磁阻电机，采用本发明的技术方案，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；

（5）各相悬浮磁路分离，且转矩磁路与悬浮磁路也隔离，磁路耦合性弱。

附图说明

图1是本发明电机的三维结构示意图。

图2是本发明电机的磁通磁路示意图。

图3是本发明电机的A相转矩绕组结构和磁通分布示意图。

图4为本发明电机的A相悬浮力绕组结构示意图。

图5为本发明电机的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6 为本发明电机的A相悬浮力绕组电感和悬浮力有限元仿真结果。