[发明专利]一种永磁偏置式混合磁轴承开关磁阻电机

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种永磁偏置式混合磁轴承开关磁阻电机。 

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。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。而单绕组无轴承开关磁阻电机则是通过控制一套绕组电流使其同时具有旋转和自悬浮能力。

双绕组无轴承开关磁阻电机的主要缺点是多余一套绕组，这无疑增加了功率开关管数目和控制算法难度，而且降低通用性，影响其实用化进程。而单绕组无轴承开关磁阻电机，由于没有改变传开关磁阻电机的结构，则更具通用性和实用性，是目前该领域研究的热点和趋势。

无轴承开关磁阻电机是一个非常复杂、非线性极强的系统，转矩和悬浮力之间存在着强耦合，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，这大大影响了无轴承开关磁阻电机高速性能的发挥。

为解决无轴承开关磁阻电机的上述两个缺点，国内外学者做了大量的工作，通过改变定子结构提出了8/10和12/14结构的混合定子齿单绕组无轴承开关磁阻电机，其特点在于悬浮力和转矩分别由悬浮绕组和转矩绕组单独产生，电机为两相工作制,电机的功率密度较低；通过改变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，实现了转矩和悬浮力结构上的解耦，但悬浮绕组漆包线需求量大，费铜，且绕组利用低；通过增大转子极弧和改变定、转子极数组合提出了12/4、12/8及16/4极结构的无轴承开关磁阻电机，然而转子极弧的增加，压缩了转矩输出宽度，功率密度较低；通过轴向增加一个径向磁轴承，提出了一种复合结构单绕组无轴承开关磁阻电机，磁轴承部分的增加增大了绕组电感，导致绕组电流的上升和下降时间增大，不利于高速运行时的悬浮控制，进而降低悬浮精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提出一种永磁偏置式混合磁轴承开关磁阻电机。所述电机是一种单绕组结构、悬浮力和转矩解耦、高速适应性强、高功率密度且径向承载力大的磁悬浮开关磁阻电机。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种永磁偏置式混合磁轴承开关磁阻电机，包括电机定子、电机转子、绕组和永磁体；

所述电机定子由转矩定子和悬浮力定子通过轴向叠加而成，转矩定子和悬浮力定子均为凸极结构，齿数均为12；所述转矩定子与悬浮力定子齿对齐；

所述电机转子由转矩转子和悬浮力转子通过轴向叠加而成，所述转矩转子为凸极结构，齿数为8；所述悬浮力转子为圆柱结构；所述转矩转子布置在转矩定子内，而悬浮力转子布置在悬浮力定子内；

所述永磁体共有12个，每个永磁体放置在定子齿或定子轭上；所述永磁体放置在定子齿时，充磁方式为径向充磁；所述永磁体放置在定子轭时，充磁方式为环向充磁；

所述绕组共有12个，每个绕组线圈缠绕在转矩定子齿和悬浮力定子齿上；

所述永磁偏置式混合磁轴承开关磁阻电机为三相制电机，每相绕组由4个空间上相隔90°定子上的绕组单独构成，独立控制绕组线圈中的电流，每相绕组中的绕组磁通呈NSNS交替分布；每相4个永磁体的磁通与该相绕组的磁通极性相同，也呈NSNS分布。

所述凸极结构的转矩转子用于产生转矩，圆柱结构的悬浮力转子用于产生悬浮力。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种永磁偏置式混合磁轴承开关磁阻电机，采用本发明的技术方案，具有如下技术效果：

（1）定子齿上只有一个绕组，相对于传统双绕组无轴承开关磁阻电机，槽满率高，省铜省硅钢片。

（2）控制灵活，可根据实际需要，动态调整绕组匝数，便于优化控制策略。

（3）悬浮力和转矩解耦，高速悬浮性能好。

（4）径向悬浮力大，提高了径向承载力。

（5）功率密度高，高速适应性强。

 

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例1和2的A相绕组示意图。