[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

摘要

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。

主权项

1.一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；其特征在于，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；其连接方式为：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；每个所述宽齿Ⅰ上均绕有3个宽齿绕组Ⅰ，在每个所述宽齿Ⅰ上选取1个宽齿绕组Ⅰ，串联成1个偏置绕组Ⅰ，从而形成3个偏置绕组Ⅰ；每个所述窄齿Ⅰ上均绕有1个径向悬浮绕组Ⅰ，即共8个径向悬浮绕组Ⅰ；在水平正方向锥形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串联在一起，构成1个水平正方向径向悬浮绕组串Ⅰ；在水平负方向锥形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串联在一起，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串联在一起，构成1个水平径向悬浮绕组Ⅰ；在竖直正方向锥形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串联在一起，构成1个竖直正方向径向悬浮绕组串Ⅰ；在竖直负方向锥形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串联在一起，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串联在一起，构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅰ；所述锥形定子Ⅱ由4个锥形E型结构Ⅱ构成，4个锥形E型结构Ⅱ均匀分布，每个锥形E型结构Ⅱ之间相差90°；每个锥形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；每个所述宽齿Ⅱ上均绕有3个宽齿绕组Ⅱ，在每个所述宽齿Ⅱ上选取1个宽齿绕组Ⅱ，串联成1个偏置绕组Ⅱ，从而形成3个偏置绕组Ⅱ；每个所述窄齿Ⅱ上均绕有1个径向悬浮绕组Ⅱ，即共8个径向悬浮绕组Ⅱ；在水平正方向锥形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串联在一起，构成1个水平正方向径向悬浮绕组串Ⅱ；在水平负方向锥形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串联在一起，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串联在一起，构成1个水平径向悬浮绕组Ⅱ；在竖直正方向锥形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串联在一起，构成1个竖直正方向径向悬浮绕组串Ⅱ；在竖直负方向锥形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串联在一起，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串联在一起，构成1个竖直径向悬浮绕组Ⅱ；所述开关磁阻电机的1个通道Ⅰ绕组和1个偏置绕组Ⅰ串联，构成1个通道Ⅰ转矩绕组，共3个，即三相通道Ⅰ转矩绕组；所述开关磁阻电机的1个通道Ⅱ绕组和1个偏置绕组Ⅱ串联，构成1个通道Ⅱ转矩绕组，共3个，即三相通道Ⅱ转矩绕组。