[发明专利]一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法

说明书

本发明实施例公开了一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法，涉及无轴承电机技术领域，提供一种励磁效率高，悬浮控制简单，运行可靠的分块转子无轴承双凸极电机方案。本发明中：电机转子包括多个独立的转子铁心和非导磁体，每个转子铁心均嵌于非导磁体上，且相互之间没有磁路耦合。定子铁心为凸极结构，定子铁心包括若干定子极，定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，绕有励磁线圈的定子极上绕有悬浮线圈。电枢线圈依次串联构成电枢绕组后分别与外部整流电路连接，励磁线圈依次串联后构成励磁绕组与外部励磁控制电路相连，空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。本发明适用于航空航天发电系统等高速应用场合。

技术领域

本发明涉及无轴承电机技术领域，尤其涉及一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法。

背景技术

无轴承电机是将磁轴承功能与驱动或发电功能集成一体的新型电机，具有空间利用率高，结构紧凑等特点，通过调节悬浮电流，主动控制电机极间径向电磁力，相对于传统的电机也提高了电机高速运行可靠性，提高了功率密度及效率。目前已经逐步发展出了无轴承开关磁阻电机和电磁式无轴承双凸极电机等方案。其中：

无轴承开关磁阻电机的转矩和悬浮力存在非线性耦合，增加了系统实现难度。而进一步发展出的电磁式无轴承双凸极电机由于励磁电流可以提供悬浮所需要的偏置磁场，不再需要像无轴承开关磁阻电机一样利用电枢电流提供偏置磁场，因此电磁式无轴承双凸极电机悬浮绕组中的悬浮电流控制与转子位置角和电枢电流大小无关，工作不依赖可控功率变换器和转子位置角传感器，系统结构简单，只需要灵活调节励磁电流，即可控制输出电压。并且可以通过采用独立悬浮绕组控制悬浮力避免了非线性耦合问题，单独控制悬浮电流和励磁电流以实现电机输出与悬浮之间的相互解耦。

然而电磁式无轴承双凸极电机由于每相电枢绕组配置不对称，使得反电势不对称，导致绕组损耗与发热不平衡，恶化电机绝缘性能，从而使与电机电枢绕组连接的外部整流电路的功率器件发热不均，影响可靠性；并且电磁式无轴承双凸极电机的励磁磁路较长，导致励磁效率低，这又增加了损耗。

发明内容

本发明的实施例提供一种分块转子的无轴承双凸极电机及其控制方法，提供一种励磁磁路短励磁效率高，各相反电势对称，且悬浮控制简单，运行可靠的分块转子无轴承双凸极电机方案。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的分块转子无轴承双凸极电机中，电机转子包括多个独立的转子铁心和非导磁体，每个转子铁心均嵌于非导磁体上，且相互之间没有磁路耦合。定子铁心为凸极结构，定子铁心包括若干定子极，定子极交替绕有电枢线圈和励磁线圈，绕有励磁线圈的定子极上绕有悬浮线圈。电枢线圈依次串联构成电枢绕组后分别与外部整流电路连接，励磁线圈依次串联后构成励磁绕组与外部励磁控制电路相连，空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。

通过将分块转子的无轴承双凸极电机转子铁心之间磁路相互隔离，实现了励磁磁路短，励磁效率高，励磁铜损低；并且电机的每相电枢绕组分布均衡，因此每相反电势对称，绕组发热平衡，电机电枢绕组连接的外部整流电路的功率器件发热平衡，电流应力平衡，使得电机及其系统的可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的电机结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电机中所采用的全桥不控整流电路、励磁控制电路、第一悬浮控制电路、第二悬浮控制电路和第三悬浮控制电路的示意图。

图3为本发明实施例提供的电机在转子0度时的磁力线分布示意图；