CN103647359A - 一种磁悬浮开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁悬浮开关磁阻电机，电机定子极为12个，每个定子极上仅有一套绕组，该绕组可以同时提供转矩力和悬浮力，降低了电机定子绕组复杂性，提高电机构造的紧凑性。电机转子由两部分组成，包括转子极和转子圆环部分，转子极有8个。电机悬浮力由转子极和转子圆环部分共同产生。在转子转动过程中，由于转子圆环部分的特殊性，不会和定子极形成交错的θ角度。所以相同尺寸下，本发明产生的悬浮力较传统的磁悬浮开关磁阻电机增大，提高了转子运行稳定性，系统成本低，高速适应性强。

Description

一种磁悬浮开关磁阻电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种磁悬浮开关磁阻电机。

背景技术

随着工业的发展，需要一个成本低，结构紧凑，功耗低，容错率高的电机来适应恶劣的工作环境，开关磁阻电机具有这样的特点。但是传统的开关磁阻电机存在以下问题：1）转子由于不平衡磁拉力而发生的机械偏移，2）不可控制的短距绕组上电流脉冲和转矩脉动，3）电气故障产生不平衡的转矩力而噪声大，易振动。解决以上问题的合理方法就是通过电磁力悬浮转子，于是磁悬浮开关磁阻电机应运而生。

磁悬浮开关磁阻电机是20世纪末发展起来的一种新型磁悬浮电机。双绕组磁悬浮开关磁阻电机是在普通开关磁阻电机的定子上额外加了一套用于提供悬浮力的悬浮绕组。定子上有提供转矩的转矩绕组(主绕组)和提供悬浮力的悬浮绕组（次绕组），从而实现电机的超高速运行。

双绕组磁悬浮开关磁电机转矩绕组和悬浮绕组之间存在着强耦合，很难在控制策略和数学模型上实现解耦，是磁悬浮开关磁阻电机运行性能难以提高的原因之一。磁悬浮开关磁阻电机一般应用在飞轮储能、高速机床、涡轮分子泵、以及航空航天等领域，电机运行所处的环境恶劣，转子受到的外界扰动大。传统的磁悬浮开关磁阻电机所提供的径向悬浮力不能很好的维持转子运行。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种磁悬浮开关磁阻电机。电机采用单绕组NNNSSS结构，每个定子极上仅有一套线圈，每套线圈独立控制，结构简单，紧凑。转子由转子极和转子圆环部分共同组成，可以提供更大的悬浮力来维持电机稳定运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁悬浮开关磁阻电机，包括定子和转子，所述定子共有12个定子极，每个定子极上仅有一套绕组，绕组按绕组电流产生的磁场方向为NNNSSS的规律分布，达到电机内部磁场最佳分部效果。4个间隔90°的绕组构成一相，共有A、B、C三相。每一相的每一套绕组独立控制，每一套绕组可以同时提供转矩力和径向力。转子有8个转子极，转子极的轴向长度加上转子圆环部分的轴向长度等于定子极的轴向长度。转子极和转子圆环部分同轴，转子极的外径和转子圆环部分的外径相同。

本发明的有益效果是：所述电机定子有12个定子极，每个定子极上仅有一套绕组，4个间隔90°的定子极构成一相，一共有3相。每一相的每一套绕组独立控制，每一套绕组可以同时提供转矩力和径向力。这样的电机结构简单紧凑，降低了磁悬浮开关磁阻电机的体积和成本。转子由8个转子极和同轴、同径的转子圆环部分组成。转子极的轴向长度加上转子圆环部分的轴向长度等于定子极的轴向长度。不论转子如何旋转，由于转子圆环部分的特殊性，转子圆环部分和定子之间的有效磁通面积不变，悬浮力一直保持在最大状态，从而使得电机的悬浮性好，性能稳定并且适应性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的轴向结构示意图；

图2是本发明的侧向3D结构示意图；

图3是本发明的转子结构示意图；

图4是以A相为例，悬浮力产生原理示意图；

图5是转子转过θ°（0≤θ≤15），转子极与定子极之间的磁路分布图；

图6是转子转过θ°（0≤θ≤15），转子圆环部分与定子极之间的磁路分布图；

图中11是定子轭，12是转子极，13是转子圆环部分，14是定子极，15是转轴，16是定转子之间的磁场。

具体实施方式

图1--3，电机由定子轭11，定子极14，转轴15，转子极12，转子圆环部分13组成。定子轭11为圆筒型，内套转轴15，转轴15外固定套装转子。转子极12和转子圆环部分13同轴、同径且转子极12数量有8个。定子轭11的内圆周面上固定12个定子极14，并缠绕绕组，按照NNNSSS分布。

绕组由A、B、C三相绕组组成，每相绕组由4个线圈组成，共12个线圈，每个线圈独立控制。其中，A相绕组由A1，A2，A3，A4线圈组成，B相绕组由B1，B2，B3，B4线圈组成，C相绕组由C1，C2，C3，C4线圈组成。这12个线圈各缠绕在一个定子极14上，并按照A1→B1→C1→A2→B2→C2→A3→B3→C3→A4→B4→C4线圈的顺序依次沿逆时针方向分布于相应的定子极14上。

转子由转子极12和转子圆环部分13组成。转子圆环部分13的直径和转子极12的直径相同，且共同固定在转轴15上。两部分的轴向长度之和与定子极14的轴向长度相同。

电机工作时，转子逆时针旋转。绕组通电顺序取决于转子角位置θ。任意时刻，只有一相绕组的4个线圈通电，且这四个线圈独立控制，电流大小不同。以A相为例，如果要产生α方向上的悬浮力，其通电示意图如图4所示，A2，A4线圈通电电流大小为ima，该电流只提供转矩力，A3线圈通电电流大小为ima-isa，A1线圈通电电流大小为ima+isa。同理，要产生β方向上的悬浮力，A1，A3线圈通电电流大小为ima，该电流只提供转矩力，A4线圈通电电流大小为ima-isa，A2线圈通电电流大小为ima+isa。

当转子转过θ角度时，转子极12和定子极14之间会产生相应悬浮力，其磁路如图5所示。转子圆环部分13和定子极14产生相应悬浮力，其磁路如图6所示。两部分的合力共同组成悬浮力来支撑转子稳定悬浮。与转子极12不同，转子圆环部分13和定子之间磁通有效面积恒定，与转子转过的角度θ无关，故而悬浮力增大。

本所述实施例为本发明的优选的实施方式，但发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：由定子轭（11），定子极（14），转轴（15），转子极（12），转子圆环部分（13）组成，定子轭（11）为圆筒型，内套转轴（15），转轴（15）外固定套装转子，转子极（12）和转子圆环部分（13）同轴、同径且转子极（12）有8个，定子轭（11）的内圆周面上固定12个定子极（14），定子极（14）上缠绕绕组，绕组按绕组电流产生的磁场方向为NNNSSS的规律分布。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述绕组共12个线圈，每个线圈各缠绕在一个定子极（14）上，分为三相，每4个间隔90°的绕组构成一相绕组，每个线圈独立控制。

3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述转子圆环部分（13）和转子极（12）的轴向长度之和与定子极（14）的轴向长度相同。

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