CN202261113U - 一种磁悬浮开关磁阻发电机 - Google Patents

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CN202261113U CN2011203940595U CN201120394059U CN202261113U CN 202261113 U CN202261113 U CN 202261113U CN 2011203940595 U CN2011203940595 U CN 2011203940595U CN 201120394059 U CN201120394059 U CN 201120394059U CN 202261113 U CN202261113 U CN 202261113U
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黄永红
嵇小辅
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Abstract

本实用新型公开一种磁悬浮开关磁阻发电机，该电机由定子铁心和转子铁心组成双凸极结构，所述定子铁心上等间隔设置四个悬浮极和四个发电极，所述发电极两两径向相对；所述悬浮极定子极宽大于所述发电极定子极宽，转子极极宽与所述发电极定子极宽相同；所述悬浮极上分别绕有独立的悬浮绕组；所述发电极上分别同时叠绕着激励绕组和发电绕组，且径向相对的两个绕组串接。本实用新型解决悬浮力和发电电压之间非线性强耦合的技术问题；增强径向负载能力，改善悬浮性能。

Description

一种磁悬浮开关磁阻发电机
技术领域
本实用新型涉及磁悬浮开关磁阻电机领域，尤其涉及一种磁悬浮开关磁阻发电机，特别适合于在光伏等可再生能源发电系统的电能补偿。
背景技术
将磁悬浮轴承绕组和电机定子绕组有规律地绕在一起，实现电机的无轴承化，这个概念最初是由R.Bosch于八十年代末提出来的。继磁悬浮异步电机和磁悬浮永磁同步电机之后，磁悬浮开关磁阻电机技术也得到了研究，其发电电压经整流、滤波和稳压后，可在电网电压波动或者负载变化时输出基本不受影响的直流电压，特别适用于在光伏等可再生能源并网运行的动量补偿，峰值调节和负载平衡。
磁悬浮开关磁阻电机的传统发电运行方式为周期性分时发电模式，为克服其功率密度低的局限性，2011年发表于《中国电机工程学报》的文献“全周期无轴承磁悬浮开关磁阻发电机的设计”公布了一种磁悬浮开关磁阻全周期发电机，其特征在于悬浮绕组同时担任悬浮和励磁两种功能，并且在悬浮绕组完成励磁关断电流后，主绕组续流发电。但是悬浮绕组和主绕组所产生的磁场，在磁路上相互影响，相互耦合，悬浮力和发电电压之间存在复杂的非线性强耦合关系，基本数学模型随发电机工作状态变化的波动很大，磁悬浮开关磁阻发电机系统的数学模型推导、非线性解耦以及运行控制的难度很大，悬浮和发电性能也有待提高。
申请号为200910263106.X的发明专利“一种单相无轴承开关磁阻电机”提出了一种单相的无轴承开关磁阻电机，其特征在于所有定子齿上只有一套绕组，悬浮力由悬浮绕组电流产生，转矩由转矩电流产生，悬浮力和转矩完全解耦，控制方便。但是作为发电机运行时，主绕组在前半周期励磁，后半周期才续流发电，因此不能在整个相工作周期内均向外输出电能，具有功率密度低的缺陷。
发明内容
本实用新型目的是提出悬浮和发电系统解耦、径向悬浮性能增强的一种磁悬浮悬开关磁阻发电机，该发电机解决了发电功率密度低的问题。
本实用新型的技术方案是：一种磁悬浮开关磁阻发电机，由定子铁心和转子铁心组成双凸极结构，所述定子铁心上等间隔设置四个悬浮极和四个发电极，所述发电极两两径向相对；所述悬浮极定子极宽大于所述发电极定子极宽，转子极极宽与所述发电极定子极宽相同；所述悬浮极上分别绕有独立的悬浮绕组；所述发电极上分别同时叠绕着激励绕组和发电绕组，且径向相对的两个绕组串接。
进一步，所述悬浮极定子极宽是所述发电极定子极宽的两倍。
进一步，所述双凸极结构为8/10极，所述悬浮极定子极宽为                                               ，所述发电极定子极宽为
Figure 2011203940595100002DEST_PATH_IMAGE004
。
本实用新型的有益效果是：
(1) 分开设置悬浮极和发电极，结构清晰，功能明确
定子极分设为悬浮极和发电极，悬浮绕组绕在悬浮极上，激励和发电绕组绕在发电极上，结构清晰，功能明确，维护和控制方便。
(2) 悬浮力不随转子位置角改变，改善电机的悬浮性能
消除了传统磁悬浮开关磁阻电机定转子临界对齐位置处不能有效产生悬浮力的问题，增强电机的径向负载能力，改善电机的悬浮性能，这是因为悬浮极下定子极、转子极的对齐面积保持等于转子极宽，悬浮极磁链不受转子位置角影响，当给定径向力绕组电流时，在转子旋转过程中悬浮力仅有微小的波动，可以基本保持恒定不变。这与传统结构下悬浮力随转子位置角周期性变化的现象是明显不同的。
(3) 除转子极与发电极定子完全对齐和完全不对齐位置以外，一直都有发电电压产生
发电绕组磁链随位置角的变化而变化，在转子极与发电极定子不完全对齐位置期间，发电绕组磁链不存在平坦区域，除了转子极与发电极定子完全对齐以及完全不对齐位置以外，一直将有发电绕组感应电压产生，通过控制A、B两相激励绕组的轮流激励和激励电流大小，即可连续输出期望的发电电压，提高发电功率密度，这是明显区别与传统周期性分时发电模式的。
 (4) 悬浮力和发电电压解耦，便于建模及控制
给定悬浮绕组电流时，在转子旋转过程中，悬浮极磁链关于转子位置角
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的变化很小，对发电极不产生影响。由于该电机对称的结构形式，发电极绕组在各悬浮极均产生对称分布的磁通，对x、y轴方向悬浮力的综合影响近似为零，可忽略不计，消除了悬浮极与发电极的耦合影响。
表1：悬浮绕组磁链以及悬浮力有限元计算值(记录
Figure DEST_PATH_IMAGE008
处悬浮绕组磁链以及径向力
Figure DEST_PATH_IMAGE012
) 
Figure DEST_PATH_IMAGE014
(度)
Figure DEST_PATH_IMAGE016
(wb)
Figure DEST_PATH_IMAGE018
(N)
-18 0.391883 19.104
-17.1 0.391565 19.063
-16.2 0.391721 19.155
-15.3 0.391802 19.223
-14.4 0.391733 19.225
-13.5 0.391993 19.284
-12.6 0.391891 19.231
-11.7 0.391987 19.221
-10.8 0.392055 19.156
-9.9 0.392009 18.983
-9 0.392301 19.023
-8.1 0.391992 19.115
-7.2 0.392057 19.024
-6.3 0.392007 18.998
-5.4 0.391861 18.977
-4.5 0.392001 18.948
-3.6 0.391787 18.987
-2.7 0.391805 19.019
-1.8 0.391756 19.021
-0.9 0.391601 19.115
0 0.391901 19.001
附图说明
图1是本实用新型新型磁悬浮开关磁阻发电机的结构示意图;
其中：1、定子铁心；2、转子铁心；3、悬浮极；4、发电极；5、悬浮绕组；6、激励绕组；7、发电绕组；
图2是本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的激励绕组磁链随激励电流的变化曲线；
图3是本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的激励绕组磁链随转子位置角的变化曲线；
图4是本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的发电绕组磁链随激励电流的变化曲线；
图5是本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的发电绕组磁链随转子位置角的变化曲线；
图6是本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的径向力随转子位置角的变化曲线；
图7是本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的发电电压随转子位置角的变化曲线。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的磁悬浮开关磁阻发电机的结构示意图，采用8/10极的双凸极结构,包括定子铁芯1、转子铁心2、悬浮极3、发电极4、悬浮绕组5、激励绕组6和发电绕组7，悬浮极3和发电极4等间隔设置于定子铁心1上，悬浮极3定子极宽
Figure 741105DEST_PATH_IMAGE002
，发电极4定子极宽
Figure 953912DEST_PATH_IMAGE004
，转子极极宽
Figure 597383DEST_PATH_IMAGE004
。四个悬浮极3上分别绕有独立的悬浮绕组5，通过单独控制每个悬浮绕组5电流大小以获得所需悬浮力。
Figure DEST_PATH_IMAGE020
方向悬浮力由悬浮绕组5的电流
Figure DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure DEST_PATH_IMAGE024
控制，当
Figure 822564DEST_PATH_IMAGE022
导通时，产生
Figure 551485DEST_PATH_IMAGE020
正方向悬浮力，反之，当
Figure 630300DEST_PATH_IMAGE024
导通时，产生
Figure 65960DEST_PATH_IMAGE020
负方向悬浮力；同理，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
方向也可产生正、负方向的悬浮力；
Figure 837607DEST_PATH_IMAGE020
方向和方向悬浮力可合成任意方向的悬浮力，从而实现发电机的转子自悬浮功能，图中
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
分别为，
Figure 836284DEST_PATH_IMAGE026
轴正方向和负方向悬浮绕组流入电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
分别为
Figure 716516DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 92133DEST_PATH_IMAGE026
轴正方向和负方向悬浮绕组流出电流。四个发电极4上分别同时叠绕着激励绕组6和发电绕组7，径向相对的两个激励绕组6和发电绕组7分别串接为一相，共分成A、B两相，通过控制两相激励绕组的轮流导通以及激励电流的大小，即可在发电绕组内获得期望的发电电压，图中
Figure DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE046
分别为A相和B相激励绕组流入电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure DEST_PATH_IMAGE050
分别为A相和B相激励绕组流出电流；和
Figure DEST_PATH_IMAGE054
分别为A相和B相发电绕组流入电流；
Figure DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure DEST_PATH_IMAGE058
分别为A相和B相激励绕组流出电流。定义转子极与A相发电极对齐时为转子位置角
Figure 322870DEST_PATH_IMAGE006
的零度位置，以逆时针方向为正。悬浮极3下定子、转子的对齐面积始终等于转子齿宽，悬浮绕组5磁链不随转子位置角变化，说明悬浮力不受转子位置角影响，在转子旋转过程中始终能有效地产生悬浮力，并且悬浮绕组5的电流对发电极磁链变化没有影响。
图2和图3分别为本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的激励绕组6磁链随激励电流和转子位置角的变化曲线。激励电流和转子位置角对激励绕组磁链均有影响，随着激励电流和转子位置角的增大，激励绕组6磁链与激励电流将由线性关系转为非线性关系。
图4为本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的发电绕组7磁链随激励电流的变化曲线。随着激励电流的增大，激励绕组6磁链将由线性进入非线性区间。
图5为本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的发电绕组7磁链随转子位置角的变化曲线。发电绕组7磁链随位置角的变化而变化，在转子极与发电极定子不完全对齐位置期间，发电绕组7磁链不存在平坦区域，说明在本实用新型结构下，除了转子极与发电极定子完全对齐以及完全不对齐位置以外，一直将有发电绕组7感应电压产生，非常有利于提高磁悬浮开关6磁阻电机的发电功率密度。
图6为本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的径向力随转子位置角的变化曲线。给定径向力绕组电流，在转子旋转过程中，悬浮力仅有微小的波动，可以基本保持恒定不变，这保证了在整个导通周期内均能输出恒定的悬浮力，发电机的悬浮性能将提到很大的提升，也为实现悬浮力与发电电压的解耦奠定了基础。
图7为本实用新型磁悬浮开关磁阻发电机的发电电压随转子位置角的变化曲线。进一步说明，除了转子极与发电极4定子完全对齐和完全不对齐位置以外，一直将有发电电压产生。通过控制A、B两相激励绕组的轮流激励和激励电流大小，即可输出期望的发电电压，提高发电功率密度。
本实用新型的磁阻发电机通过定子极分设为悬浮极3和发电极4，悬浮绕组5绕在悬浮极3上，激励绕组6和发电绕组7绕在发电极4上，解决悬浮力和发电电压之间非线性强耦合的技术问题；增强径向负载能力，改善悬浮性能；并且还可以减少定转子极对数和功率管数，降低电路复杂度。同时解决了发电状态运行时，主绕组须在前半周期励磁，后半周期才能续流发电，无法在整个相工作周期内均向外输出电能，因此发电功率密度低的技术问题。

Claims (3)

1. 一种磁悬浮开关磁阻发电机，由定子铁心和转子铁心组成双凸极结构，其特征在于：所述定子铁心上等间隔设置四个悬浮极和四个发电极，所述发电极两两径向相对；所述悬浮极定子极宽大于所述发电极定子极宽，转子极极宽与所述发电极定子极宽相同；所述悬浮极上分别绕有独立的悬浮绕组；所述发电极上分别同时叠绕着激励绕组和发电绕组，且径向相对的两个绕组串接。
2. 根据权利要求1所述的一种磁悬浮开关磁阻发电机，所述悬浮极定子极宽是所述发电极定子极宽的两倍。
3. 根据权利要求2所述的一种磁悬浮开关磁阻发电机，所述双凸极结构为8/10极，所述悬浮极定子极宽为                                               ，所述发电极定子极宽为
Figure 2011203940595100001DEST_PATH_IMAGE004
。
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CN102347718A (zh) * 2011-10-17 2012-02-08 江苏大学 一种磁悬浮开关磁阻发电机
CN105048880A (zh) * 2015-09-06 2015-11-11 哈尔滨工业大学 高速磁悬浮交流电机

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102347718A (zh) * 2011-10-17 2012-02-08 江苏大学 一种磁悬浮开关磁阻发电机
CN102347718B (zh) * 2011-10-17 2014-04-09 江苏大学 一种磁悬浮开关磁阻发电机
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GR01 Patent grant
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Granted publication date: 20120530

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