[发明专利]一种混合径向锥形磁轴承开关磁阻电机及控制方法

权利要求书

1.一种混合径向锥形磁轴承开关磁阻电机，包括锥形磁轴承Ⅰ、径向磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机、径向磁轴承Ⅱ和锥形磁轴承Ⅱ；所述锥形磁轴承Ⅰ和径向磁轴承Ⅰ布置在开关磁阻电机一侧，而径向磁轴承Ⅱ和锥形磁轴承Ⅱ布置开关磁阻电机另一侧；

所述锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ和轴向悬浮绕组Ⅰ构成；

所述锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置绕组Ⅱ和轴向悬浮绕组Ⅱ构成；

所述径向磁轴承Ⅰ由径向定子Ⅰ、径向转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ和径向悬浮绕组Ⅰ构成；

所述径向磁轴承Ⅱ由径向定子Ⅱ、径向转子Ⅱ、偏置绕组Ⅱ和径向悬浮绕组Ⅱ构成；

所述开关磁阻电机由磁阻电机定子、磁阻电机转子和磁阻电机绕组构成；

所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，径向转子Ⅰ布置在径向定子Ⅰ内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，径向转子Ⅱ布置在径向定子Ⅱ内，锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内；所述锥形转子Ⅰ、径向转子Ⅰ、磁阻电机转子、径向转子Ⅱ和锥形转子Ⅱ套在转轴上；所述锥形定子Ⅰ、径向定子Ⅰ、磁阻电机定子、径向定子Ⅱ和锥形定子Ⅱ串联布置，且之间均存在间隙；

所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构，磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数有12/8、6/4、8/6三种组合形式；其中磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为12/8和6/4时，开关磁阻电机为三相工作制，磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为8/6时，开关磁阻电机为四相工作制；其中，12/8表示磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数分别为12和8；6/4表示磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数分别为6和4；8/6表示磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数分别为8和6；

其特征在于，所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构，二者的定子齿数都为4，所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构；锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等；锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向相同，锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相同；锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向与锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相反；

所述径向定子Ⅰ由4个E型结构Ⅰ构成，4个E型结构Ⅰ均匀分布，每个E型结构Ⅰ之间相差90°；每个E型结构Ⅰ的齿数为3，包括1个宽齿Ⅰ和2个窄齿Ⅰ，且宽齿Ⅰ位于两个窄齿Ⅰ之间；所述宽齿Ⅰ的齿宽是窄齿Ⅰ的二倍；所述径向转子Ⅰ为圆柱结构；

所述径向定子Ⅱ由4个E型结构Ⅱ构成，4个E型结构Ⅱ均匀分布，每个E型结构Ⅱ之间相差90°；每个E型结构Ⅱ的齿数为3，包括1个宽齿Ⅱ和2个窄齿Ⅱ，且宽齿Ⅱ位于两个窄齿Ⅱ之间；所述宽齿Ⅱ的齿宽是窄齿Ⅱ的二倍；所述径向转子Ⅱ为圆柱结构；

所述锥形定子Ⅰ的4个定子齿和径向定子Ⅰ的4个宽齿Ⅰ对齐，所述锥形定子Ⅱ的4个齿和径向定子Ⅱ的4个宽齿Ⅱ对齐；所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ的每个定子齿宽与宽齿Ⅰ、宽齿Ⅱ的齿宽相等；

所述锥形定子Ⅰ的每个定子齿上绕有1个轴向悬浮绕组Ⅰ和m个偏置绕组Ⅰ，共4个轴向悬浮绕组Ⅰ和4m个偏置绕组Ⅰ，其中m为开关磁阻电机的相数；所述径向定子Ⅰ的每个宽齿Ⅰ上绕有m个偏置绕组Ⅰ，每个窄齿Ⅰ上绕有1个径向悬浮绕组Ⅰ，共8个径向悬浮绕组Ⅰ和4m个偏置绕组Ⅰ；

所述偏置绕组Ⅰ的缠绕方式为：每m个偏置绕组Ⅰ横跨处于同一圆周位置上的1个锥形定子Ⅰ定子齿和1个宽齿Ⅰ，并缠绕在二者之上，共4组；每组选取1个偏置绕组Ⅰ串联，构成1个偏置绕组串Ⅰ，从而形成m个偏置绕组串Ⅰ；

所述锥形定子Ⅰ的4个轴向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个轴向悬浮绕组串Ⅰ；所述径向定子Ⅰ的径向悬浮绕组Ⅰ连接方式为：在水平正方向E型结构Ⅰ位置处的两个窄齿Ⅰ上的2个径向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个水平正方向径向悬浮绕组串Ⅰ；在水平负方向E型结构Ⅰ位置处的两个窄齿Ⅰ上的2个径向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个水平负方向径向悬浮绕组串Ⅰ；所述1个水平正方向径向悬浮绕组串Ⅰ和1个水平负方向径向悬浮绕组串Ⅰ串联，构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ；

在竖直正方向E型结构Ⅰ位置处的两个窄齿Ⅰ上的2个径向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个竖直正方向径向悬浮绕组串Ⅰ；在竖直负方向E型结构Ⅰ位置处的两个窄齿Ⅰ上的2个径向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个竖直负方向径向悬浮绕组串Ⅰ；所述1个竖直正方向径向悬浮绕组串Ⅰ和1个竖直负方向径向悬浮绕组串Ⅰ串联，构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ；

所述锥形定子Ⅱ的每个定子齿上绕有1个轴向悬浮绕组Ⅱ和m个偏置绕组Ⅱ，共4个轴向悬浮绕组Ⅱ和4m个偏置绕组Ⅱ；

所述径向定子Ⅱ的每个宽齿Ⅱ上绕有m个偏置绕组Ⅱ，每个窄齿Ⅱ上绕有1个径向悬浮绕组Ⅱ，共8个径向悬浮绕组Ⅱ和4m个偏置绕组Ⅱ；

所述偏置绕组Ⅱ的缠绕方式为：每m个偏置绕组Ⅱ横跨处于同一圆周位置上的1个锥形定子Ⅱ定子齿和1个宽齿Ⅱ，并缠绕在二者之上，共4组；每组选取1个偏置绕组Ⅱ串联，构成1个偏置绕组串Ⅱ，从而形成m个偏置绕组串Ⅱ；

所述锥形定子Ⅱ的4个轴向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个轴向悬浮绕组串Ⅱ；所述径向定子Ⅱ的径向悬浮绕组Ⅱ连接方式为：在水平正方向E型结构Ⅱ位置处的两个窄齿Ⅱ上的2个径向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个水平正方向径向悬浮绕组串Ⅱ；在水平负方向E型结构Ⅱ位置处的两个窄齿Ⅱ上的2个径向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个水平负方向径向悬浮绕组串Ⅱ；所述1个水平正方向径向悬浮绕组串Ⅱ和1个水平负方向径向悬浮绕组串Ⅱ串联，构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ；

在竖直正方向E型结构Ⅱ位置处的两个窄齿Ⅱ上的2个径向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个竖直正方向径向悬浮绕组串Ⅱ；在竖直负方向E型结构Ⅱ位置处的两个窄齿Ⅱ上的2个径向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个竖直负方向径向悬浮绕组串Ⅱ；所述1个竖直正方向径向悬浮绕组串Ⅱ和1个竖直负方向径向悬浮绕组串Ⅱ串联，构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ；

所述1个轴向悬浮绕组Ⅰ和1个轴向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个轴向悬浮绕组；

所述开关磁阻电机的每个定子齿上绕有1个绕组，所有磁阻电机定子齿上的绕组，分m组，分别连接在一起，构成m个磁阻电机绕组；

1个磁阻电机绕组与1个偏置绕组串Ⅰ和1个偏置绕组串Ⅱ串联，构成1个转矩绕组，共m个。