CN204118995U - 单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及磁悬浮电机领域内的一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，其定子凸极的极对数与转子凸极的极对数不等，定子沿圆周方向等分为对称分布的2段以上圆弧定子单元，每段所述圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，同一圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输出单元；检测控制系统包括径向位移传感器、模数转换单元、控制器和电流输出单元，径向位移传感器将位移信号经模数转换后传递给控制器，控制器根据运算输出控制信号，控制与位移传感器方向相对应的两组对称的相绕组的电流变化，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子悬浮于其回转中心。本实用新型仅依靠单层绕组即可实现转子磁悬浮，其结构简单、控制方便。

Description

单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机

技术领域

本实用新型涉及一种电机，特别涉及一种磁悬浮开关磁阻电机。

背景技术

现有技术中，开关磁阻电机因其结构简单、调速范围宽、控制灵活、运行效率高、适于超高速低功耗运行等诸多优良特性而被广泛应用，然而其在高速领域的应用却受到机械轴承磨损问题的制约，机械摩擦不仅降低轴承寿命、产生机械振动和噪音，且会造成部件发热，使润滑剂性能变差、电机温升增大导致电机的动态特性变差，从而降低电机的效率、缩短电机及装备的使用寿命。

以磁浮轴承代替机械轴承很好地解决了这一问题。磁浮轴承利用电磁场力将转子悬浮于空间中，不需要任何介质接触承载，具有无机械接触、动力损失少、支撑力可控等优点。但磁轴承开关磁阻电机需要额外增加用于悬浮的电磁装置，因而系统轴向尺寸大，转子长，增加了结构的复杂性与系统故障率，且临界转速低。针对此问题，利用磁轴承与开关磁阻电机定子绕组的相似性，把产生悬浮力的绕组和产生转矩的绕组叠压在定子上，通过一定的控制策略适时调整各绕组中的电流，从而产生使电机转子稳定悬浮力和旋转的力矩。但是，目前国内外学者研究的磁悬浮开关磁阻电机存在着控制其径向悬浮力需要绕组多的问题，即控制二相开关磁阻电机转子径向X轴和Y轴方向悬浮力共需要6套控制绕组，四相电机则需要8套控制绕组，相数越多，控制绕组越多。控制绕组多不仅增加了电机本身结构的复杂性，增加了故障率，而且电机运行中，控制绕组要随旋转绕组的切换在3相间不断切换，且要求控制电路中功率晶体管及续流二极管个数多，使控制电路、控制软件都大大复杂化、系统成本增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，使其结构简单、控制方便。

本实用新型的技术方案是：一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，包括电机本体及检测控制系统；所述电机本体，包括壳体，壳体内设有定子，定子内腔中设有转子，转子外周径向分布有转子凸极，转子凸极之间分布有转子凸极槽，转子凸极和转子凸极槽周向均匀分布，定子内侧径向分布有若干定子凸极，相绕组绕装在定子凸极上；所述定子凸极的极对数与转子凸极的极对数不等，所述定子沿圆周方向等分为对称分布的2段以上圆弧定子单元，每段所述圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，同一圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输出单元；检测控制系统包括径向位移传感器、模数转换单元、控制器和电流输出单元，径向位移传感器将位移信号经模数转换后传递给控制器，控制器根据运算输出两路控制信号给电流输出电路，控制与位移传感器方向相对应的两组对称的相绕组的电流，使其中一组相绕组的电流增大，另一组相绕组的电流减小，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子悬浮于其回转中心。

本实用新型工作时，圆弧定子单元上的相绕组上的电流按时序变化，可产生驱动转子转动的旋转力矩，同时，相绕组得电时，可产生作用于转子上的径向力，径向位移传感器检测到转子的径向位移，经控制器运算后给出电流信号，控制与位移方向的两组相绕组，使其中的一组相绕组的电流增大，另一组相绕组的电流减小，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子悬浮于其回转中心。该装置仅依靠单层绕组即可实现转子的磁悬浮，其结构简单，控制方便。

本实用新型中，所述定子和转子可由具有导磁性能的硅铁材料制成。所述圆弧定子单元上绕装的相绕组优选为2相以上的绕组。所述圆弧定子单元的弧长不大于2π/n弧度，n为圆弧定子单元的个数。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型的工作原理图。

具体实施方式

如图1和2所示，为一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，包括电机本体及检测控制系统；电机本体包括有壳体4，壳体4内设有定子，定子内腔中设有转子1，转子1外周径向分布有转子凸极，转子凸极之间分布有转子凸极槽，转子凸极和转子凸极槽周向均匀分布，定子内侧径向分布有若干定子凸极3，相绕组绕装在定子凸极3上；定子凸极3的极对数与转子凸极的极对数不等，定子沿圆周方向等分为对称分布的4段圆弧定子单元，分别为圆弧定子单元21、22、23、24，每段圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，圆弧定子单元21对应的相绕组为A1、B1、C1；圆弧定子单元22对应的相绕组为A2、B2、C2；圆弧定子单元23对应的相绕组为A3、B3、C3；圆弧定子单元24对应的相绕组为A4、B4、C4，同一圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输出单元；检测控制系统包括径向位移传感器、模数转换单元、控制器和电流输出单元，径向位移传感器将位移信号经模数转换后传递给控制器，控制器根据运算输出两路控制信号给电流输出电路，控制与位移传感器方向相对应的两组对称的相绕组的电流，使其中一组相绕组的电流增大，另一组相绕组的电流减小，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子1悬浮于其回转中心。定子和转子1由具有导磁性能的硅铁材料制成。所述圆弧定子单元上绕装的相绕组为3相绕组。所述圆弧定子单元的弧长不大于2π/n弧度，n为圆弧定子单元的个数。图1中，圆弧定子单元21处于定子2的最下边部分，并占整个定子2的四分之一，圆弧定子单元22处于定子2的最右边部分，并占整个定子的四分之一，圆弧定子单元23处于定子2的最上边部分，并占整个定子的四分之一，圆弧定子单元24处于定子2的最左边部分，并占整个定子的四分之一。转子1两侧的圆弧定子单元及绕组相数完全对称。每段圆弧定子单元均有3个定子凸极。若对电机各套相绕组按A→AB→B→BC→C→CA→A的循环方式通电，初始时刻，当对各套绕组的A相通电时（表示A1、A2、A3、A4通电，下同），产生对转子凸极的磁拉力，转子凸极h对齐圆弧定子单元21的A1相绕组对应的定子凸极、转子凸极e对齐圆弧定子单元22的A2相绕组对应的定子凸极、转子凸极a对齐圆弧定子单元23的A3相绕组对应的定子凸极、转子凸极d对齐圆弧定子单元24的A4相绕组对应的定子凸极，转子1处于平衡状态。在此基础上对各套绕组的B相通电，基于最小磁阻原理，圆弧定子21上B1相绕组对应的定子凸极产生对转子凸极g的磁拉力大于对转子凸极h的磁拉力，圆弧定子22上B2相绕组对应的定子凸极产生对转子凸极c的磁拉力大于对转子凸极e的磁拉力，圆弧定子单元23上B3相绕组对应的定子凸极产生对转子凸极b的磁拉力大于对转子凸极a的磁拉力，圆弧定子单元24上B4相绕组对应的定子凸极产生对转子凸极f的磁拉力大于对转子凸极d的磁拉力，各套绕组的B相绕组对应的定子凸极产生的两磁拉力合力对转子1中心的力矩均驱动转子1逆时针旋转。因此，电机按规定的通电循环方式旋转。工作时，径向位移传感器将位移信号经模数转换后传递给控制器，控制器根据运算输出两路控制信号给电流输出电路，控制与位移传感器方向相对应的两组对称的相绕组的电流，使其中一组相绕组的电流增大，另一组相绕组的电流减小，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子1悬浮于其回转中心。电流的变化主要依靠PWM逆变电路实现的。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。例如，圆弧定子单元可以是对称的2段以上，每一圆弧定子单元上绕装的相绕组可为2相以上的绕组。

Claims (4)

1.一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，包括电机本体及检测控制系统；所述电机本体，包括壳体，壳体内设有定子，定子内腔中设有转子，转子外周径向分布有转子凸极，转子凸极之间分布有转子凸极槽，转子凸极和转子凸极槽周向均匀分布，定子内侧径向分布有若干定子凸极，相绕组绕装在定子凸极上；其特征在于：所述定子凸极的极对数与转子凸极的极对数不等，所述定子沿圆周方向等分为对称分布的2段以上圆弧定子单元，每段所述圆弧定子单元上绕装有一套相绕组，同一圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输出单元；检测控制系统包括径向位移传感器、模数转换单元、控制器和电流输出单元，径向位移传感器将位移信号经模数转换后传递给控制器，控制器根据运算输出两路控制信号给电流输出电路，控制与位移传感器方向相对应的两组对称的相绕组的电流，使其中一组相绕组的电流增大，另一组相绕组的电流减小，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子悬浮于其回转中心。

2.根据权利要求1所述的一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述定子和转子由具有导磁性能的硅铁材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述圆弧定子单元上绕装的相绕组为2相以上的绕组。

4.根据权利要求1或2所述的一种单层多驱动绕组磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于：所述圆弧定子单元的弧长不大于2π/n弧度，n为圆弧定子单元的个数。