[发明专利]一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器

说明书

本发明公布了一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器。所述功率变换器适用于磁轴承的偏置绕组和开关磁阻电机的三相电枢绕组，使偏置绕组的电流方向与电枢绕组的电流方向始终相同，进而在磁轴承内产生一个方向不变的偏置磁通，然后通过与悬浮绕组电流相互作用，产生所需悬浮力；电枢绕组电流的控制方式与传统开关磁阻电机相同，而偏置绕组电流不施加任何控制，故可显著降低悬浮力控制的难度；所述变换器未增加功率开关管，仅增加了四个二极管，或根据应用场合不同，引入额外的一个电压源或能耗电阻；本发明提升了开关磁阻电机电枢绕组电流的利用率、降低了磁轴承功率系统成本，简化了悬浮力控制难度、集成度高、成本低且可靠性强。

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器，属于磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器设计技术领域。

背景技术

磁悬浮开关磁阻电机，由磁轴承系统和开关磁阻电机系统集合而成，不仅具有开关磁阻电机的高速适应性和满足苛刻工作环境等特点，还兼有磁轴承无摩擦、无润滑等优点，在航空航天、飞轮储能和军事等场合具有独特优势。

磁悬浮开关磁阻电机系统中的磁轴承，根据偏置磁通提供方式，可分为电磁轴承和永磁偏置轴承。永磁偏置轴承的功率密度高，体积小，重量轻，应用较为广泛；然而，因为永磁体价格较高、耐高温、耐腐蚀性能力较差，在高温高油等恶劣场合应用受限。电磁轴承，因采用电励磁方式，故应用场合更加灵活。

由电磁轴承和开关磁阻电机构成的传统磁悬浮系统，磁悬浮系统和开关磁阻电机系统间相互独立，机械结构不紧密，集成度低；另外，两系统还各具有单独的功率变换器，成本高，集成度也较低。为此，一些学者提出了一种磁轴承偏置绕组与开关磁阻电机电枢绕组串联共励磁式的新型磁悬浮开关磁阻电机。该类电机的典型特点是，偏置绕组与电枢绕组串联之后，接入到传统的不对称半桥功率变换器中，二者采用相同励磁的方式，在开关磁阻电机内产生转矩的同时，还将在磁轴承内产生偏置磁通，进而消除偏置绕组的功率变换器，使系统集成得到显著提高。

然而，上述集成方式，需要偏置绕组的数量和开关磁阻电机相数相同，使得磁轴承的绕组数量也相应增加，磁轴承体积也需增大，以安放较多的偏置绕组。为此，本人提出了一种新型磁悬浮开关磁阻电机，磁轴承每个定子齿上仅需要一个偏置绕组，并且所有偏置绕组串联在一起，接入到电枢绕组的功率变换器的直流母线中，故现有开关磁阻电机的功率变换器已不再适用，需要重新设计适用于新型磁悬浮开关磁阻电机的偏置绕组和电枢绕组的功率变换器。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提出一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器。所述功率变换器适用于磁轴承的偏置绕组和开关磁阻电机的三相电枢绕组，可使偏置绕组的电流方向与电枢绕组的电流方向始终相同，进而在磁轴承内产生一个方向不变的偏置磁通，然后通过与悬浮绕组电流相互作用，产生所需悬浮力；电枢绕组电流的控制方式与传统开关磁阻电机相同，而偏置绕组电流不施加任何控制，故可显著降低悬浮力控制的难度；所述变换器未增加功率开关管，仅增加了四个二极管，或根据应用场合不同，又引入了额外的一个电压源或能耗电阻；本发明提升了电枢绕组电流的利用率、集成度高、成本低且可靠性强。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种磁悬浮开关磁阻电机的功率变换器，所述磁悬浮开关磁阻电机包括磁轴承和开关磁阻电机；所述磁轴承的绕组包括偏置绕组(Bias)和悬浮绕组，其中偏置绕组(Bias)产生悬浮所需的偏置磁通，悬浮绕组产生悬浮力；所述开关磁阻电机的电枢绕组包括三相电枢绕组，分别是A相电枢绕组、B相电枢绕组和C相电枢绕组，电枢绕组用于产生转矩；所述功率变换器适用于所述偏置绕组(Bias)和三相电枢绕组；