[实用新型]一种双定子磁悬浮开关磁阻启动机/发电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双定子磁悬浮开关磁阻启动机/发电机，属于电机类的启动机/发电机领域。 

背景技术

开关磁阻启动机/发电机具有机械强度大、转速升高对电磁损耗影响小、运行效率高、发电电流为直流脉动电流等优点。但转子高速运行将引起机械轴承磨损，缩短电机和轴承的使用寿命。运行过程中容易出现转矩脉动和电磁噪声，限制了开关磁阻电机的应用范围。 

磁悬浮开关磁阻启动机/发电机利用磁场力将转子浮于空间，可以综合利用开关磁阻电机和磁轴承的性能优势，消除机械轴承引起的摩擦损耗，且无需润滑装置。它可以方便地实现电起动和发电两种功能，能极大地拓宽开关磁阻启动机/发电机的应用范围，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。 

日本学者M.Takemoto等人在20世纪90年代末首次提出了三相12/8极磁悬浮开关磁阻电动机的概念，在数学模型和转矩控制策略方面进行了理论和实验研究，但是悬浮力与旋转力之间存在多变量的非线性强耦合关系，系统建模以及解耦控制难，这些已经成为了制约该技术发展和应用的主要瓶颈。韩国学者D.H.Lee和J.W.Ahn近年来提出了8/10极和12/14极单绕组混合定子磁悬浮开关磁阻电动机， 该电动机通过在定子上分别设置悬浮极和旋转极来减弱悬浮力和转矩之间的耦合。2011年发表于《Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers》的文献“Design and analysis of double stator type bearingless switched reluctance motor”提出了一种双定子类型的磁悬浮开关磁阻电动机并进行了初步研究，通过有限方法分析了其磁通分布、电感、转矩和径向力特性，验证了该方案的可行性，可以有效克服径向力与转矩间的耦合。上述均是针对磁悬浮开关磁阻电动机的研究。 

关于磁悬浮开关磁阻发电机的研究目前仍比较少，2011年发表于《中国电机工程学报》的文献“全周期无轴承磁悬浮开关磁阻发电机的设计”公布了一种磁悬浮开关磁阻全周期发电机，其特征在于悬浮绕组同时担任悬浮和励磁两种功能，并且在悬浮绕组完成励磁关断电流后由主绕组续流发电，但是悬浮力和发电电压之间存在复杂的非线性强耦合关系，基本数学模型随发电机工作状态变化的波动很大，悬浮性能有待提高。申请号为201110313992.X，公开号为CN102347718A，专利名称为一种磁悬浮开关磁阻发电机的实用新型专利和申请号为201210541096.3，公开号为CN103001433A，专利名称为一种定子混合型短磁路磁悬浮开关磁阻发电机的实用新型专利均公布了一种混合定子型的磁悬浮开关磁阻发电机，其定子采用宽-窄极的混合定子结构，可以减弱发电极和悬浮极之间的耦合，但是在该电机中仅有部分的定子极用于励磁和发电，发电功率密度有待提高，而且励磁电流对径向悬浮了仍有较大的影响。 

申请号为200510040266.X，专利公开号为CN100385774，专利名称为无轴承开关磁阻起动发电机及控制方法的实用新型专利提出了一种12/8极的双绕组无轴承开关磁阻起动发电机以及控制方法，减少了开关磁阻起动/发电机系统中的机械磨损，提高了可靠性和高速适应性，延长了使用寿命，降低了电机噪声。但是主绕组与悬浮绕组同时叠绕在定子极上，存在复杂的非线性强耦合影响，悬浮性能有待提高，且两绕组有效工作区域互相牵制，限制了控制方法选择的灵活性。 

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种主绕组与悬浮绕组解耦，径向悬浮性能改善，集电启动机、发电机和磁轴承功能于一体的双定子磁悬浮开关磁阻启动机/发电机，本实用新型释放了发动机空间，解决了机械轴承的磨损问题，并且克服了起动/发电功能与转子悬浮功能之间的耦合，增大了主绕组、悬浮绕组控制的灵活性。 

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现： 

本实用新型一种双定子磁悬浮开关磁阻启动机/发电机，从内到外依次包括凸极型的内定子、转子和外定子，且三者同心嵌套；外定子上等间隔地设置有M个主绕组极，每个主绕组极上设有实现起动及发电功能的主绕组；转子上等间隔地设置有N个转子凸极；内定子上等间隔地设置有O个悬浮极，每个悬浮极上设有实现转子悬浮功能的悬浮绕组；主绕组的磁通路径与悬浮绕组的磁通路径相互独立； 其中，M、N、O之间的关系及取值范围如下：M，N，O均为偶数，M=N±2，N≥4，O≥4。