[发明专利]一种五自由度锥形磁悬浮开关磁阻电机及控制方法

摘要

本发明公布了一种五自由度锥形磁悬浮开关磁阻电机及控制方法，所述电机由一个三相12/8极开关磁阻电机和两个锥形磁轴承构成；一个锥形磁轴承的偏置绕组与开关磁阻电机A相水平方向两个绕组串联在一起，另一个锥形磁轴承的偏置绕组与A相竖直方向两个绕组串联在一起，构成两个通道A相复合绕组，采用恒导通策略，为两磁轴承产生偏置磁通，并在磁阻电机内产生转矩；所述电机中开关磁阻电机的B和C相绕组结构仍与传统开关磁阻电机相同，轮流励磁导通产生转矩，实现旋转运行；仅控制A相两套绕组的电流，及四个径向悬浮绕组电流，即可控制五个悬浮力，以实现五自由度悬浮。本发明电机系统集成度高，磁利用率高，控制简单，实施便利。

主权项

一种五自由度锥形磁悬浮开关磁阻电机，包括锥形磁轴承Ⅰ、开关磁阻电机和锥形磁轴承Ⅱ；所述开关磁阻电机布置在锥形磁轴承Ⅰ和锥形磁轴承Ⅱ之间；锥形磁轴承Ⅰ由锥形定子Ⅰ、锥形转子Ⅰ、偏置线圈Ⅰ和径向悬浮线圈Ⅰ构成；锥形磁轴承Ⅱ由锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅱ、偏置线圈Ⅱ和径向悬浮线圈Ⅱ构成；所述开关磁阻电机由磁阻电机定子、磁阻电机转子和磁阻电机线圈构成；所述锥形转子Ⅰ布置在锥形定子Ⅰ内，锥形转子Ⅱ布置在锥形定子Ⅱ内，磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内；所述锥形转子Ⅰ、磁阻电机转子和锥形转子Ⅱ套在转轴上；所述锥形定子Ⅰ和锥形定子Ⅱ均为锥形凸极结构，二者的齿数均为4；所述锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ均为锥形圆柱结构；锥形定子Ⅰ、锥形定子Ⅱ、锥形转子Ⅰ和锥形转子Ⅱ的锥形角相等；锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向相同，锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相同；锥形定子Ⅰ和锥形转子Ⅰ的锥形角开口方向与锥形定子Ⅱ和锥形转子Ⅱ的锥形角开口方向相反；所述磁阻电机定子和磁阻电机转子均为凸极结构，磁阻电机定子的齿数为12，磁阻电机转子的齿数为8；所述开关磁阻电机的相数为3；所述磁阻电机定子的每个定子齿上绕有1个磁阻电机线圈，共12个；所述锥形定子Ⅰ的每个定子齿上绕有1个偏置线圈Ⅰ和1个径向悬浮线圈Ⅰ，共4个偏置线圈Ⅰ和4个径向悬浮线圈Ⅰ；所述锥形定子Ⅱ的每个定子齿上绕有1个偏置线圈Ⅱ和1个径向悬浮线圈Ⅱ，共4个偏置线圈Ⅱ和4个径向悬浮线圈Ⅱ；所述五自由度锥形磁悬浮开关磁阻电机的绕组连接方式，其特征在于，每相电枢绕组均由4个相隔90°的磁阻电机线圈组成，共形成3相电枢绕组，分别为A相电枢绕组，B相电枢绕组和C相电枢绕组；B相电枢绕组、C相电枢绕组在空间上分别与A相电枢绕组分别相隔30°和‑30°；所述3相电枢绕组的连接方式为：A相电枢绕组中两个相隔180°的磁阻电机线圈串联，构成A相通道Ⅰ电枢绕组，剩余两个相隔180°的磁阻电机线圈串联，构成A相通道Ⅱ电枢绕组；B相电枢绕组的4个相隔90°的磁阻电机线圈串联在一起；C相电枢绕组的4个相隔90°的磁阻电机线圈串联在一起；所述锥形定子Ⅰ的径向悬浮线圈Ⅰ连接方式为：在水平方向相隔180°的2个径向悬浮线圈Ⅰ串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组Ⅰ；在竖直方向相隔180°的2个径向悬浮线圈Ⅰ串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组Ⅰ；所述锥形定子Ⅱ的径向悬浮线圈Ⅱ连接方式为：在水平方向相隔180°的2个径向悬浮线圈Ⅱ串联，构成1个水平方向径向悬浮绕组Ⅱ；在竖直方向相隔180°的2个径向悬浮线圈Ⅱ串联，构成1个竖直方向径向悬浮绕组Ⅱ；所述锥形定子Ⅰ的4个偏置线圈Ⅰ串联，构成1个偏置线圈串Ⅰ，所述锥形定子Ⅱ的4个偏置线圈Ⅱ串联，构成1个偏置线圈串Ⅱ；所述A相通道Ⅰ电枢绕组和1个所述偏置线圈串Ⅰ串联，构成A相通道Ⅰ复合绕组；所述A相通道Ⅱ电枢绕组和1个所述偏置线圈串Ⅱ串联，构成A相通道Ⅱ复合绕组。