[发明专利]一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机

说明书

本发明公开了一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机，由24极内定子、16极转子以及8极混合外定子组成，内定子、转子和混合外定子由内向外依次同轴嵌套；混合外定子由8个对称分布的凸极和4个片状永磁体组成，永磁体径向宽度与外定子齿极宽度相等，永磁体采用径向充磁方式，与外定子上悬浮绕组共同作用产生悬浮力。电机内部为三相24/16的外转子SRM结构，不仅具有普通SRM的优点，且步距角相对较小，转矩脉动较小，控制精度也较高。内定子齿极上的绕组用来提供转矩，与悬浮磁场相互独立，解决了转矩与悬浮之间的耦合问题，同时轴向长度较小，永磁体提供偏置磁通使得功耗较低，提高了电机运行效率，且转矩绕组励磁方式不唯一。

技术领域

本发明涉及一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机，可作为高速、高效率电机，特别适用于飞轮电池领域。

背景技术

随着我国经济持续高速发展，如高速机床、离心机、压缩机、飞轮电池等众多领域需要高速/超高速电机的驱动，然而在机械轴承支承转轴的高速/超高速电机中，由于电机高速旋转使得摩擦阻力增加，轴承磨损严重，需定期维护，且因摩擦过程中，产生大量的热量，电机工作效率低，所以高速、高效率电机越来越受到重视，然而可靠性、高损耗等问题制约着高速、高效率电机的发展。传统双绕组磁悬浮开关磁阻电机转矩绕组和悬浮绕组之间具有强耦合，控制难度较大。为此，近年来，国内外学者在该方面投入了更多精力，无论是在本体设计方面还是在相关应用方面都有了一定的研究成果。双定子磁悬浮开关磁阻电机内定子中悬浮绕组负责转子悬浮功能，但是内定子尺寸空间有限，仅依靠电励磁的方法，控制电流功率密度小，悬浮承载能力较弱，且径向两自由度的悬浮力并没有实现解耦。

发明内容

为此，本发明提出一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机，电机内部为三相24/16的外转子SRM结构，不仅具有普通SRM的优点，且步距角相对较小，转矩脉动较小，控制精度也较高。能与外部控制磁路彼此配合，解决了转矩与悬浮之间以及径向两自由度之间的耦合问题，同时轴向长度较小，永磁体提供偏置磁通使得功耗较低，且结构简单，控制灵活。

一种双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机，包括混合外定子、十六极转子、二十四极内定子，所述内定子、转子和混合外定子由内向外依次同轴嵌套，混合外定子与转子之间存在等间隙悬浮气隙，转子与内定子之间存在等间隙转矩气隙，所述混合外定子包括外定子磁轭、四个控制磁极、四个永磁磁极以及四个片状永磁体，控制磁极与永磁磁极等距相间分布在外定子磁轭上，且与外定子磁轭相连，片状永磁体嵌在永磁磁极上，控制磁极上绕有控制绕组，内定子上绕有转矩绕组。

上述方案中，所述永磁体的径向宽度与永磁磁极宽度相等，为转子的悬浮提供偏置磁场。

上述方案中，所述四个控制磁极相对两极上绕有的控制绕组串联为一组。

上述方案中，所述控制绕组及转矩绕组均采用电励磁方式，通入直流电，分别产生控制磁通及转矩磁通。

上述方案中，所述二十四极内定子的定子齿极等间隔分布，八个齿极串联为一相，依次分为A、B、C三相，每个定子齿极上绕有转矩绕组。

上述方案中，所述内定子上绕组励磁方式不唯一，在满足转矩与悬浮特性的同时，改变绕组通电方向，可实现转矩与悬浮之间的解耦。

上述方案中，所述B相和C相在绕组连接方式上与A相相同，在空间位置上分别位于A相顺时针方向的15°和30°处。

本发明采用上述技术方案后具有的有益效果是：

1、双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机的偏置磁场由永磁体提供，提高电机悬浮力和悬浮电流功率密度，降低了电磁功耗，且电励磁磁力线不经过永磁磁极，避免永磁体出现退磁现象，永磁体产生的偏置磁通不会从自身N极绕到S极，避免出现漏磁现象。

2、双定子混合励磁磁悬浮开关磁阻电机研究了电励磁的励磁方向，悬浮、转矩磁场互不干扰以及径向两自由度悬浮力绕组之间解耦，实现完全解耦，简化了数学模型。