[发明专利]一种三相18/16极无轴承开关磁阻电机

说明书

本发明公布了一种三相18/16极无轴承开关磁阻电机。利用转矩齿上的转矩绕组产生输出转矩，利用悬浮齿上的悬浮绕组产生径向悬浮力；由于悬浮齿的极弧角等于一个转子周期角，使得悬浮绕组电感恒定，运动电动势为零，故悬浮绕组不产生转矩，进而本发明可在结构上实现转矩和悬浮力的自然解耦；旋转控制采用传统开关磁阻电机驱动方式，悬浮控制类似传统电磁轴承的控制模式，控制简单，悬浮性能好；每个齿上仅绕有一个线圈，结构简单，加工装配便利，多转子齿数结构，有利于减小转矩脉动和增加输出功率；另外，转矩和悬浮磁路均为短磁路结构，有利于减小铁心损耗，而且电机运行时定子轭部磁通方向不发生变化，有助于进一步减小定子铁心损耗。

技术领域

本发明涉及一种三相18/16极无轴承开关磁阻电机，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。利用磁轴承定子结构的相似性，将磁悬浮功能集成到开关磁阻电机中，便构成了无轴承开关磁阻电机。

由于无轴承开关磁阻电机集旋转与悬浮两功能于一体，不仅可有效解决高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题，还能进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性，从而强化其在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。

然而，传统结构形式无轴承开关磁阻电机，如12/8、6/4和8/6等，因运行机理制约，使得转矩和悬浮力存在强耦合关系，控制上难以彻底解决二者的耦合，进而导致该类结构电机高速悬浮性能较差。另外，由于运动电动势的作用，传统结构无轴承开关磁阻电机高速运行时的悬浮电流跟踪及斩波控制困难，使得电机悬浮和输出性能进一步变差。

为此，国内外学者提出众多结构上转矩与悬浮力自然解耦的新型无轴承开关磁阻电机拓扑，比较典型的是韩国学者提出的宽窄齿结构的8/10和12/14极电机，均具有解耦性。然而，8/10和12/14极无轴承开关磁阻电机仅能作为两相工作制电机运行，存在起动转矩死区，限制了其推广应用。因此，发展结构上转矩与悬浮力自然解耦的新型无轴承开关磁阻电机拓扑是该领域的研究热点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种三相18/16极无轴承开关磁阻电机。所述电机是一种结构上转矩和悬浮力自然解耦的三相无轴承开关磁阻电机。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种三相18/16极无轴承开关磁阻电机，所述电机，包括定子、转矩线圈、悬浮线圈、转子和转轴；所述转子套在转轴上，且所述转子布置在所述定子内；

所述定子为凸极结构，包括12个转矩齿和6个悬浮齿，共18个齿；6个所述悬浮齿空间上均匀分布，齿与齿相差60°；相邻两悬浮齿间布置有2个转矩齿，相邻两转矩齿相隔22.5°(恰好为一个转子周期角)，相邻转矩齿与悬浮齿间相差18.75°；

所述转子为凸极结构，齿数为16；16个所述转子齿空间上均匀分布，齿与齿相差22.5°；

所述悬浮齿的极弧角等于1个转子周期角，即22.5°；

每个转矩齿上绕有1个转矩线圈，共12个；相邻两转矩齿上的转矩线圈串联为1个转矩线圈串，共6个；空间上相差180°的2个转矩线圈串串联为1个转矩绕组，共3个，依次为A、B和C相转矩绕组；

每个悬浮齿上绕有1个悬浮线圈，共6个；相邻两悬浮齿上的悬浮线圈串联为1个悬浮绕组，共3个，依次为S₁、S₂和S₃悬浮绕组；