[发明专利]一种锥形磁轴承开关磁阻电机及其控制方法

摘要

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。

主权项

1.一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；其特征在于，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；所述锥形定子Ⅰ由4个E型结构Ⅰ构成，4个E型结构Ⅰ均匀分布，每个E型结构Ⅰ之间相差90°；每个E型结构Ⅰ的齿数为3，齿与齿之间相差30°；E型结构Ⅰ的每个齿与所述磁阻电机定子齿处于对齐位置，且E型结构Ⅰ的定子齿与磁阻电机定子齿的齿宽相等；所述锥形转子Ⅰ为圆柱结构；所述锥形定子Ⅱ由4个E型结构Ⅱ构成，4个E型结构Ⅱ均匀分布，每个E型结构Ⅱ之间相差90°；每个E型结构Ⅱ的齿数为3，齿与齿之间相差30°；E型结构Ⅱ的每个齿与所述磁阻电机定子齿处于对齐位置，且E型结构Ⅱ的定子齿与磁阻电机定子齿的齿宽相等；所述锥形转子Ⅱ为圆柱结构；所述电枢绕组的缠绕方式为：每个电枢绕组横跨处于同一圆周位置上的1个锥形定子Ⅰ的定子齿、1个磁阻电机定子齿和1个锥形定子Ⅱ的定子齿，并缠绕在三者之上，共12个；所述径向悬浮绕组Ⅰ的缠绕方式为：每个锥形定子Ⅰ的中间定子齿上绕有1个径向悬浮绕组Ⅰ，共4个；所述轴向悬浮绕组Ⅰ的缠绕方式为：每个锥形定子Ⅰ的两个边齿上各绕有1个轴向悬浮绕组Ⅰ，共8个；所述径向悬浮绕组Ⅱ的缠绕方式为：每个锥形定子Ⅱ的中间定子齿上绕有1个径向悬浮绕组Ⅱ，共4个；所述轴向悬浮绕组Ⅱ的缠绕方式为：每个锥形定子Ⅱ的两个边齿上各绕有1个轴向悬浮绕组Ⅱ，共8个；所述电枢绕组的连接方式为：处于水平方向的2个电枢绕组和处于竖直方向的2个电枢绕组串联，构成A相电枢绕组；圆周位置上与A相电枢绕组相差30°的4个电枢绕组串联，构成B相电枢绕组；圆周位置上与A相电枢绕组相差60°的4个电枢绕组串联，构成C相电枢绕组；所述锥形定子Ⅰ的轴向悬浮绕组Ⅰ连接方式为：8个轴向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个轴向正方向悬浮绕组；所述锥形定子Ⅱ的轴向悬浮绕组Ⅱ连接方式为：8个轴向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个轴向负方向悬浮绕组；所述锥形定子Ⅰ的径向悬浮绕组Ⅰ连接方式为：在水平方向E型结构Ⅰ的2个径向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组Ⅰ；在竖直方向E型结构Ⅰ的2个径向悬浮绕组Ⅰ串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组Ⅰ；所述锥形定子Ⅱ的径向悬浮绕组Ⅱ连接方式为：在水平方向E型结构Ⅱ的2个径向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组Ⅱ；在竖直方向E型结构Ⅱ的2个径向悬浮绕组Ⅱ串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组Ⅱ。