[发明专利]一种径向强抗扰磁悬浮开关磁阻电机

说明书

本发明公开了一种径向强抗扰磁悬浮开关磁阻电机，包括外定子(1)和转子(2)，在外定子(1)的内壁上设置有主绕组极(2)且每个主绕组极(2)上设有一套主绕组(3)、转子(2)的外壁上设置有转子极(4)且转子极(4)上无绕组，转子极(4)的极宽大于主绕组极(2)的极宽；互不相接的主绕组(3)至少分为三相且有两相同时导通，其中一导通相工作在悬浮励磁区且悬浮励磁区在该导通相的主绕组(3)的最大相电感平顶区、另一导通相工作在转矩励磁区。本发明能够解决磁阻电机内的悬浮力和电磁转矩之间非线性强耦合的技术问题，能增强电机的径向负载能力和抗扰动能力，改善转子径向悬浮性能，能用于飞机和汽车的发动机系统等方面。

技术领域

本发明涉及磁悬浮电机技术领域，具体地说是一种以期实现电动/发电功能与径向悬浮功能的解耦控制并增强径向负载能力和抗径向扰动能力的径向强抗扰磁悬浮开关磁阻电机。

背景技术

磁悬浮开关磁阻电机是通过改变开关磁阻电机原有的磁场分布，产生作用于转子上的可控的悬浮力，从而将转子悬浮于空间，可以在保留开关磁阻电机性能优点的基础上，进一步消除机械轴承带来的摩擦损耗，且无需润滑装置。它可以高速及超高速电动/发电运行，在工业、化工、生物以及军工等诸多领域均具有广阔的应用前景。

根据每个定子齿上的绕组套数，磁悬浮开关磁阻电机可以分为双绕组结构和单绕组结构两种形式。其中双绕组磁悬浮开关磁阻电机是在原普通开关磁阻电机的定子齿上增加一套悬浮力绕组，通过控制两套绕组电流来改变电机的气隙磁场分布，从而产生使转子旋转和自悬浮所需的转矩和径向悬浮力。而单绕组磁悬浮开关磁阻电机则是在不改变原来开关磁阻电机结构的基础上，通过合理控制每个定子齿上的绕组电流大小，以产生转矩和径向悬浮力。根据转子与定子的相对位置，磁悬浮开关磁阻电机可以分为传统的内转子结构和新型的外转子结构两种形式。其中外转子磁悬浮开关磁阻电机的转子安装在定子外侧。

磁悬浮开关磁阻电机是一个时变的非线性系统，转矩和悬浮力之间存在复杂的耦合关系，很难在控制策略和数学模型中实现二者的完全解耦，限制了电机性能的提高，已经成为了制约其进入工程应用的主要瓶颈。

为了实现转矩与径向力的解耦，研究人员主要从控制策略设计和电机拓扑结构优化两个方面开展了研究。在解耦控制策略方面，有基于逆系统理论的悬浮力解耦控制以及瞬时悬浮力与平均转矩的解耦控制方法。逆系统理论要以精确的数学模型为基础；而瞬时悬浮力与平均转矩的解耦控制方案内并不能实现瞬时悬浮力与瞬时转矩的解耦，转矩波动大，影响转速控制效果。

在电机拓扑结构优化方面，申请号为201310208638.X的发明专利提出了一种复合结构无轴承开关磁阻电机及其控制方法，其特征在于转子由转矩转子与悬浮力转子轴向叠加组成，径向承载力大；利用最小电感区实行悬浮控制，悬浮电流对转矩电流的影响小，相间耦合作用小。然而复合转子带负载运行时，容易增加轴向长度，增大整机体积，影响了系统的机械强度，限制了临界转速的提高，不利于发挥磁悬浮电机的高速适应性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种以期实现电动/发电功能与径向悬浮功能的解耦控制并增强径向负载能力和抗径向扰动能力的径向强抗扰磁悬浮开关磁阻电机，该磁阻电机能够改善系统的动力特性和稳定性，以进一步发挥磁悬浮开关磁阻电机的高速适应性特性。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种径向强抗扰磁悬浮开关磁阻电机，包括外定子和位于外定子内腔中的转子，其特征在于：所述外定子的圆周内壁上等间隔地设置有内凸的主绕组极且每个主绕组极上设有一套主绕组、转子的圆周外壁上等间隔地设置有外凸的转子极且转子极上无绕组，转子极的极宽大于主绕组极的极宽；互不相接的主绕组至少分为三相且有两相同时导通，其中一导通相工作在悬浮励磁区以提供径向悬浮力且悬浮励磁区在该导通相的主绕组的最大相电感平顶区、另一导通相工作在转矩励磁区以提供电磁转矩。