[发明专利]一种四自由度磁悬浮开关磁阻电机及共励磁驱动方法

说明书

本发明公布了一种四自由度磁悬浮开关磁阻电机及共励磁驱动方法。所述电机由两个磁轴承和两个两相开关磁阻电机构成；为实现低成本共励磁控制，将每个磁轴承四个绕组和开关磁阻电机四个绕组串联构成四个绕组，共八个绕组；两个电机转子相互错位45°，并构成一个四相电机，同时削除转矩死区；四相八个绕组独立控制，采用恒导通模式，两个磁轴承产生四个径向悬浮力，两个电机产生转矩。本发明电机及共励磁驱动方法有效减小了负转矩励磁相产生的负转矩，正转矩励磁相电流考虑负转矩相电流影响，以补偿负转矩，提高输出转矩平稳性，并减小转矩脉动；实现了电机和磁轴承的共同励磁，功率系统成本减小一半。

技术领域

本发明涉及一种四自由度磁悬浮开关磁阻电机及共励磁驱动方法，属于磁悬浮电机领域。

背景技术

开关磁阻电机结构简单，定转子均为凸极结构，定子上绕有集中式绕组，转子无绕组、无永磁体，高速性能好，容错性能强，耐高温耐油脂，环境适应性强，在航空航天、电动汽车、飞轮储能，纺织石油矿山等领域应用广泛。磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、便于维护等优点，可有效解决高速电机的轴承支撑问题，在电机领域应用广泛。

由磁轴承和开关磁阻电机构成的传统磁悬浮开关磁阻电机系统，电机和磁轴承分别独立控制，需要两个控制器，驱动系统庞大，成本高，不利于在对成本敏感的众多民用领域的推广和应用。为此，进一步降低磁悬浮开关磁阻电机的系统成本是该领域亟待解决的难点。

发明内容

本发明目的是提出一种四自由度磁悬浮开关磁阻电机及共励磁驱动方法。所述电机为一种结构简单、高速适应性强的四自由度磁悬浮开关磁阻电机；所述驱动方法为低成本共励磁驱动方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种四自由度磁悬浮开关磁阻电机，包括磁轴承Ⅰ，开关磁阻电机Ⅰ，开关磁阻电机Ⅱ和磁轴承Ⅱ，且所述磁轴承Ⅰ，开关磁阻电机Ⅰ，开关磁阻电机Ⅱ和磁轴承Ⅱ依次串联布置；所述磁轴承Ⅰ和磁轴承Ⅱ的结构和尺寸均相同，所述开关磁阻电机Ⅰ和开关磁阻电机Ⅱ的结构和尺寸均相同；

所述磁轴承Ⅰ包括磁轴承定子Ⅰ，磁轴承线圈Ⅰ和磁轴承转子Ⅰ；所述磁轴承定子Ⅰ为凸极结构，齿数为4；所述磁轴承定子Ⅰ的4个齿在空间上均匀分布，齿与齿相隔90°，其中两个齿中心线与水平方向重合，剩余两个齿的中心线与竖直方向重合；磁轴承转子Ⅰ为圆柱结构，且布置在磁轴承定子Ⅰ内；所述磁轴承定子Ⅰ的每个齿上绕有1个磁轴承线圈Ⅰ，共4个；绕在水平正方向齿上的磁轴承线圈Ⅰ为悬浮线圈α₁，绕在水平负方向齿上的磁轴承线圈Ⅰ为悬浮线圈α₂，绕在竖直正方向齿上的磁轴承线圈Ⅰ为悬浮线圈β₁，绕在竖直负方向齿上的磁轴承线圈Ⅰ为悬浮线圈β₂；

所述开关磁阻电机Ⅰ包括磁阻电机定子Ⅰ、磁阻电机线圈Ⅰ和磁阻电机转子Ⅰ；所述磁阻电机定子Ⅰ为凸极结构，齿数为4；所述磁阻电机定子Ⅰ的4个齿在空间上均匀分布，齿与齿相隔90°，其中两个齿中心线与水平方向重合，剩余两个齿的中心线与竖直方向重合；所述磁阻电机转子Ⅰ为凸极结构，齿数为2，且布置在磁阻电机定子Ⅰ内；所述磁阻电机转子Ⅰ的2个齿在空间上均匀分布，齿与齿相隔180°；所述磁阻电机定子Ⅰ的每个齿上绕有1个磁轴承线圈Ⅰ，共4个；绕在水平正方向齿上的磁阻电机线圈Ⅰ为转矩线圈α₃，绕在水平负方向齿上的磁阻电机线圈Ⅰ为转矩线圈α₄，绕在竖直正方向齿上的磁阻电机线圈Ⅰ为转矩线圈β₃，绕在竖直负方向齿上的磁阻电机线圈Ⅰ为转矩线圈β₄；