[发明专利]一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法

说明书

本发明公布了一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法，所述电机由一个开关磁阻电机和两个锥形磁轴承构成；锥形定子为4个E型结构组成，每个E结构中间齿绕有1个径向悬浮绕组，另外两齿分别绕有1个轴向悬浮绕组，串联一起构成一套轴向悬浮绕组；电枢绕组横跨两锥形定子和磁阻电机定子，共形成3相电枢绕组；旋转控制与传统开关磁阻电机控制方式相同，并悬浮提供偏置磁通；五个悬浮力与3相电枢绕组电流、4个径向悬浮绕组电流和2个轴向悬浮绕组电流有关；两个轴向悬浮绕组还可优化偏置磁通，使3相电枢绕组单独励磁时产生的偏置磁通相等，进而解决径向悬浮力输出不均衡问题；本发明电机系统集成度高，电流利用率高，且转矩和悬浮力解耦。

技术领域

本发明涉及一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法，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。

锥形磁轴承开关磁阻电机是一种新型磁悬浮电机，该电机可实现转矩和悬浮力的自然解耦，并利用开关磁阻电机的电枢绕组电流在磁轴承内产生的磁通，作为产生悬浮力所需的偏置磁通；另外由于磁轴承与开关磁阻电机相互隔离，悬浮运行对电动旋转运行无影响。然而，由于三相电枢电流轮流作为产生偏置磁通的电流，因受E型磁轴承定子所限，一相导通时产生的偏置磁通与另外两相不同，导致该悬浮电机输出的悬浮力不均衡，从而影响悬浮运行的平稳性和高速悬浮精度。为此，本发明提出一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法，该电机每个轴向磁轴承中的轴向悬浮绕组串联在一起，构成一套轴向悬浮绕组，并独立控制，除了控制轴向悬浮力外，还跟踪B相和C相电枢绕组电流，并使他们与A相电枢绕组电流相等，从而形成对称的偏置磁通，进而解决各相单独励磁时的径向悬浮力输出不平衡问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法。所述电机是一种悬浮控制简单、悬浮系统成本低、偏置绕组与电枢绕组为一体结构的锥形磁轴承开关磁阻电机；另外，由于在E型锥形定子中的两边定子齿上分别增加了一套轴向悬浮绕组，在产生轴向悬浮力的同时，还可改善偏置磁通的分布，使之为恒值，进而简化控制难度，及减小悬浮损耗；所述控制方法通过联合控制5个悬浮绕组电流，并使轴向悬浮绕组电流跟踪并优化三相电枢绕组电流的合成波形，使之为恒值，进而产生恒定的合成偏置磁通，增加悬浮控制精度；另外，旋转和悬浮系统间相互解耦，彼此影响弱，控制变量较少，电流利用率高。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种锥形磁轴承开关磁阻电机，包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ；所述锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ分别布置在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、轴向悬浮绕组Ⅰ和径向悬浮绕组Ⅰ构成；

所述锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、轴向悬浮绕组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、电枢绕组构成；

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，且锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ布置于磁阻电机定子的两侧，磁轴承定子Ⅰ与磁阻电机定子间存在间隙，磁阻电机定子与磁轴承定子Ⅱ间存在间隙；

所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构，磁阻电机定子的齿数12，磁阻电机转子的齿数为8，且所述开关磁阻电机为三相工作制；