[发明专利]一种锥形磁悬浮双通道开关磁阻电机及控制方法

说明书

本发明公布了一种锥形磁悬浮双通道开关磁阻电机及控制方法，所述电机由一个开关磁阻电机和两个锥形磁轴承构成；每个锥形磁轴承的偏置绕组与开关磁阻电机的一个通道绕组串联在一起，构成三相转矩绕组；每个锥形磁轴承的两个径向悬浮绕组控制两个自由度的悬浮，共四个径向自由度，且径向悬浮力间可解耦控制；通过开关磁阻电机两个通道绕组的电流，进而控制转矩和轴向悬浮。本发明电机及控制方法无需单独轴向悬浮绕组，即可实现五自由度悬浮，电机系统集成度高，控制变量少，控制简单，且冗余度高。

技术领域

本发明涉及一种锥形磁悬浮双通道开关磁阻电机及控制方法，属于电机类的磁悬浮开关磁阻电机及其控制技术领域。

背景技术

磁悬浮开关磁阻电机，不仅具有磁轴承无摩擦、无润滑等优点，还继承了开关磁阻电机的高速适应性和满足苛刻工作环境等特点，在航空航天、飞轮储能和军事等场合具有独特优势。

磁悬浮开关磁阻电机通常由五自由度磁轴承和开关磁阻电机构成，传统磁轴承需要较大的止推盘，其将导致较大涡流损耗和温升问题；而传统锥形电励磁磁轴承则有较多的控制对象，不利于系统的简化和可靠性。另外，传统磁悬浮开关磁阻电机系统中的电机与磁轴承控制系统之间独立，集成度不高。因此，磁轴承系统与开关磁阻电机系统间的有效集成，尤其是与具有冗余功能的双通道开关磁阻电机的集合，不仅可提高磁悬浮系统的集成度，还有助于提升机电能量转换效率。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种锥形磁悬浮双通道开关磁阻电机及控制方法。所述电机是一种悬浮力和转矩结构上解耦、悬浮系统功率变换器成本较低、以及悬浮控制对象较少的新型五自由度磁悬浮双通道开关磁阻电机；所述控制方法通过控制两个通道转矩绕组电流和四个径向悬浮电流，进而同时实现五自由度悬浮和旋转运行，悬浮和旋转控制简单，悬浮系统功率变换器成本低。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种锥形磁悬浮双通道开关磁阻电机，包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ；

所述开关磁阻电机布置在锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ之间；

锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置绕组Ⅰ和径向悬浮绕组Ⅰ构成；

锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子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，锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；所述锥形转子Ⅰ、磁阻电机转子和锥形转子Ⅱ套在转轴上；

所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构，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，磁阻电机定子的齿数为12，磁阻电机转子的齿数为8；所述开关磁阻电机的相数为3；所述开关磁阻电机的每相绕组由4个相隔90°的磁阻电机定子齿上的绕组组成，每相4个绕组分别连接在一起，构成该相2个通道绕组，三相绕组共可构成6个通道绕组；连接方式为：每相4个绕组中，相隔180°的两个绕组，串联在一起，构成该相通道Ⅰ绕组，剩余两个相隔180°的绕组，串联在一起，构成该相通道Ⅱ绕组；

所述锥形定子Ⅰ由4个锥形E型结构Ⅰ构成，4个锥形E型结构Ⅰ均匀分布，每个锥形E型结构Ⅰ之间相差90°；每个锥形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；