[发明专利]一种锥形磁悬浮开关磁阻电机系统及其控制方法

说明书

本发明公布了一种锥形磁悬浮开关磁阻电机系统及其控制方法，所述系统由一个开关磁阻电机和两个锥形磁轴承构成，两个锥形磁轴承布置在开关磁阻电机两侧；每个锥形定子上绕有偏置、径向和轴向悬浮绕组，所有偏置绕组串联构成一套偏置绕组，串联到电枢绕组新型不对称半桥功率变换器的直流母线中；每个磁轴承的轴向悬浮绕组串联，构成两轴向悬浮绕组，独立控制，除产生轴向力外，还产生一定的偏置磁通；旋转控制方式与传统开关磁阻电机相同；悬浮力仅与偏置电流和六个悬浮电流有关，控制中简化到五个；偏置电流始终为三相电枢电流之和，且不控制，转矩与悬浮力间解耦控制。本发明集成度高，电枢电流利用率高，结构简单，控制简单，高速适应性强。

技术领域

本发明涉及一种锥形磁悬浮开关磁阻电机系统及其控制方法，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，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开关磁阻电机系统及其控制方法。所述悬浮转子系统是一种集成度高、悬浮力和转矩可解耦控制、及悬浮控制对象较少的新型锥形磁悬浮开关磁阻电机系统；所述控制方法可独立控制电枢绕组电流和悬浮绕组电流，旋转和悬浮系统间相互解耦，彼此影响弱；另外，偏置绕组串联到电枢绕组的新型不对称半桥功率变换器的直流母线中，并且偏置电流始终为三相电枢电流之和，不进行任何人为控制；每个磁轴承的轴向悬浮绕组串联，构成两轴向悬浮绕组，独立控制，除产生轴向力外，还产生一定的偏置磁通；旋转控制方式与传统开关磁阻电机相同；悬浮力仅与偏置电流和六个悬浮电流有关，且悬浮力间解耦，转矩与悬浮力间也可解耦控制。本发明集成度高，电枢电流利用率高，结构简单，控制简单，高速适应性强。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种锥形磁悬浮开关磁阻电机系统，包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ；所述锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ分别布置于开关磁阻电机的两侧；

所述锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置线圈Ⅰ、径向悬浮线圈Ⅰ和轴向悬浮线圈Ⅰ构成；

所述锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置线圈Ⅱ、径向悬浮线圈Ⅱ和轴向悬浮线圈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线圈构成；

所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ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、磁阻电机定子和锥形定子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或6/4或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或6/4时，开关磁阻电机的相数m为3，磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数组合为8/6时，开关磁阻电机的相数m为4；

所述磁阻电机定子和磁阻电机转子的齿数采用12/8组合，即所述磁阻电机定子齿数为12、磁阻电机转子齿数为8、电机相数m为3时，每4个相隔90°的磁阻电机定子齿上的磁阻电机线圈，采用串联、或并列、或串并结合的连接方式，连接在一起，构成1个电枢绕组，共形成3个电枢绕组；