一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機制造技術

本實用新型專利技術公開了一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，由一個定子鐵心、一個轉子鐵心、四個懸浮極、八個發電極、十四個轉子極、四套懸浮繞組、兩相勵磁繞組和兩相發電繞組組成。四個懸浮極等間隔設置在定子鐵心上，八個發電極兩兩等間隔設置在四個懸浮極之間，十四個轉子極等間隔設置在轉子鐵心上，四套懸浮繞組分別獨立繞在四個懸浮極上，兩相勵磁繞組和兩相發電繞組疊繞在徑向相對的發電極上，懸浮極極弧為發電極極弧的兩倍，發電極極弧與轉子極弧相等。本實用新型專利技術采用混合定子和短磁路結構，解決了勵磁、發電與懸浮的耦合問題，克服了磁通逆轉現象，降低了磁動勢和定子鐵心損耗，提高了電機工作效率和輸出功率密度。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及磁懸浮開關磁阻發電機，尤其是一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，屬于機電領域。
技術介紹
開關磁阻電機采用雙凸極結構，定子繞有集中繞組，轉子既無繞組也無永磁體，具有結構簡單堅固、控制靈活方便、調速范圍廣、運行效率高、工作可靠、成本低等諸多優點，特別適合在惡劣環境和要求高速、超高速的場合下運行。考慮到開關磁阻電機的定子和磁軸承定子結構的相似性，將磁軸承技術與開關磁阻電機相結合形成磁懸浮開關磁阻電機，不僅拓寬磁懸浮電機的理論和應用范圍，而且還繼承和發揮了開關磁阻電機的高速優越性及其對惡劣環境的適應性，同時通過徑向力的主動控制，有望改善一直以來限制開關磁阻電機推廣應用的電磁振動和噪聲問題，因而磁懸浮開關磁阻電機近年來得到了國內外學者的廣泛關注。日本學者M.Takemoto首次提出了三相12/8極雙繞組結構磁懸浮開關磁阻電動機，并對其數學模型和控制策略方面進行了分析研究，國內學者在該電機的數學模型、控制策略、電磁特性、振動抑制、線性化解耦等方面進行了深入研究，然而該電機繞組結構的復雜性、磁路的交叉耦合性以及鐵芯材料的磁飽和非線性使其高性能控制非常困難。為此，韓國學者D.H.Lee和J.W.Ahn近年來提出了 8/10極和12/14極單繞組磁懸浮開關磁阻電動機。該電動機通過在定子上分別設置懸浮極和旋轉極來消除懸浮力和轉矩之間的耦合，另外將懸浮極齒寬設置為旋轉極齒寬2倍，來提高電機的懸浮性能。以上研究均是針對磁懸浮開關磁阻電動機的研究，而關于磁懸浮開關磁阻發電機的研究目前比較少，2011年發表于《中國電機工程學報》的文獻“全周期無軸承磁懸浮開關磁阻發電機的設計”提出了一種磁懸浮開關磁阻全周期發電機，其懸浮繞組同時擔任懸浮和勵磁兩種功能，并且在懸浮繞組完成勵磁關斷后，主繞組續流發電。但是懸浮繞組和主繞組在磁路上存在交叉耦合，懸浮力和發電電壓之間存在復雜的非線性強耦合關系，這使得懸浮和發電性能難以滿足要求。申請號為201110313992.x的專利技術專利“一種磁懸浮開關磁阻發電機”公布了一種8/10極定子混合型磁懸浮開關磁阻發電機，其定子極分設為懸浮極和發電極，懸浮極上的載流懸浮繞組產生懸浮力使轉子穩定懸浮，發電極上的勵磁繞組和發電繞組繞分別進行勵磁和發電。由于懸浮極與發電極之間的獨立性，該結構基本實現了勵磁、懸浮與發電控制的自然解耦。但是，在該結構中，僅有一半的定子極用于勵磁和發電，所以勵磁困難且功率密度非常低。而且，該電機采用長磁路結構，在定子鐵心中存在逆轉磁場，這不但增加了電機磁動勢要求，也增加了電機的定子鐵芯損耗。同時，當電機勵磁繞組與懸浮繞組一起通電時，勵磁電流對徑向懸浮力仍有較大的影響。
技術實現思路
本技術的目的是:針對現有技術中磁懸浮開關磁阻發電機存在的上述不足，提供一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，該發電機通過分設懸浮極和發電極，實現勵磁、發電與懸浮的自然解耦，采用短磁路設計避免了逆轉磁場，降低了電機鐵心損耗，通過增加發電極極數提高了系統輸出功率密度。本技術所采用的技術方案是:一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，包括定子鐵心、沿定子鐵心內壁圓周方向等間隔90°設置的四個懸浮極、設置于兩個相鄰懸浮極之間的發電極、轉子鐵心、轉子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設置的轉子極，所述發電極等間隔至少設置兩個，所述轉子極的數量由發電極的數量決定，四個懸浮極上分別疊繞有四套相互獨立的懸浮繞組，每個發電極上疊繞有勵磁繞組和發電繞組。作為本技術的進一步改進，所述發電機采用定子12極、轉子14極的雙凸極結構。作為本技術的進一步改進，等間隔設置于兩個相鄰懸浮極之間的發電極數量為兩個，即八個發電極等間隔30°兩兩成對設置在四個懸浮極之間，轉子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設置的轉子極數量為14個。作為本技術的進一步改進，對置的兩對發電極上的勵磁繞組互相串聯構成A相勵磁繞組Nsa，沿同一方向對置的兩對發電極上的發電繞組互相串聯構成A相發電繞組Nga;與所述方向垂直位置對置的兩對發電極上的勵磁繞組互相串聯構成B相勵磁繞組Nsb,沿同一垂直方向對置的兩對發電極上的發電繞組互相串聯構成B發電磁繞組Ngb。作為本技術的進一步改進，所述懸浮極的極弧略大于轉子極距，發電極極弧與轉子極極弧相同，是懸浮極極弧的一半，懸浮極和發電極的內沿和轉子極的外沿之間留有氣隙。作為本技術的進一步改進，所述懸浮極極弧為25.1。，發電極極弧和轉子極極弧為12.85°。作為本技術的進一步改進，當定子中心和轉子中心重合時，各處氣隙長度相等，所述氣隙長度δ為0.5mm。與傳統磁懸浮開關磁阻發電機相比，本技術具有如下有益效果。(I)結構清晰，功能明確，控制簡單。定子上分別設置懸浮極和發電極，懸浮繞組、發電繞組和勵磁繞組分別疊繞在相互獨立的懸浮極和發電極上，懸浮繞組只產生懸浮力，發電繞組只用于發電，而勵磁繞組只用于勵磁，相互無影響，實現了勵磁、發電與懸浮的自然解耦，結構清晰，功能明確，易于控制。(2)拓展懸浮力產生范圍、改善了懸浮性能。單獨設置懸浮極后，在任何轉子位置下，懸浮繞組通以期望電流，都能產生所需的懸浮力，因而拓展了懸浮力產生范圍；而懸浮極極弧轉子極距，因此在任何轉子位置下，懸浮極與轉子極間的對齊面積始終保持不變，所以在固定的電流激勵下，所產生的懸浮力大小基本不變，因而改善了電機懸浮性能。與申請號為201110313992.x的專利技術專利公布的8/10極磁懸浮開關磁阻發電機相t匕，本技術的有益效果是:(I)提高了電機輸出功率密度。[0021 ] 申請號為201110313992.x的專利技術專利公布的8/10極發電機只有一半定子極用于勵磁和發電，新結構的電機中有三分之二的定子極用于勵磁和發電，因而本技術所述定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機輸出功率密度更高。(2)短磁路，定子鐵心損耗小，運行效率高。由于本技術所述發電機在相鄰懸浮極之間等間隔設置兩個發電極，這使得勵磁磁路只在這相鄰兩個發電極之間形成回路，不用經過很長的定子鐵心和懸浮極，因而勵磁磁路非常短，且不存在磁逆轉，這不僅降低了磁動勢的要求，而且降低了定子鐵芯損耗，從而提高了發電機運行效率。附圖說明圖1是本技術定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機的結構示意圖；圖2是本技術所述發電機磁路分布圖；圖3是現有技術中申請號為201110313992.X專利所述發電機的磁路分布圖；圖4是本技術所述發電機的懸浮繞組電感在不同勵磁電流下隨轉子位置角的變化曲線圖；圖5是現有技術中申請號為201110313992.X專利所述發電機的懸浮繞組電感在不同勵磁電流下隨轉子位置角的變化曲線圖；圖6是本技術所述發電機的勵磁繞組電感在不同懸浮電流下隨轉子位置角的變化曲線圖；圖7是現有技術中申請號為201110313992.X專利所述發電機的勵磁繞組電感在不同懸浮電流下隨轉子位置角的變化曲線圖；圖8是本技術所述發電機在不同懸浮電流下發電繞組的感應電壓曲線圖；圖9是現有技術中申請號為201110313992.X專利所述發電機在不同懸浮電流下發電繞組的感應電壓曲線圖；圖10是本技術所述發電機與申請號為201110313992.X專利所述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，包括定子鐵心（1）、沿定子鐵心（1）內壁圓周方向等間隔90°設置的四個懸浮極（3）、設置于兩個相鄰懸浮極（3）之間的發電極（4）、轉子鐵心（2）、轉子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設置的轉子極（5），其特征在于：所述發電極（4）等間隔至少設置兩個，所述轉子極（5）的數量由發電極（4）的數量決定，四個懸浮極（3）上分別疊繞有四套相互獨立的懸浮繞組（6），每個發電極（4）上疊繞有勵磁繞組（7）和發電繞組（8）。

【技術特征摘要】
1.一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，包括定子鐵心(I)、沿定子鐵心(I)內壁圓周方向等間隔90°設置的四個懸浮極(3)、設置于兩個相鄰懸浮極(3)之間的發電極(4)、轉子鐵心(2)、轉子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設置的轉子極(5)，其特征在于:所述發電極(4)等間隔至少設置兩個，所述轉子極(5)的數量由發電極(4)的數量決定，四個懸浮極(3)上分別疊繞有四套相互獨立的懸浮繞組(6)，每個發電極(4)上疊繞有勵磁繞組(7)和發電繞組(8)。2.根據權利要求1所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，其特征在于:所述發電機采用定子12極、轉子14極的雙凸極結構。3.根據權利要求1或2所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關磁阻發電機，其特征在于:等間隔設置于兩個相鄰懸浮極(3)之間的發電極(4)數量為兩個，即八個發電極(4)等間隔30°兩兩成對設置在四個懸浮極(3)之間，轉子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設置的轉子極(5)數量為14個。4.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱志瑩，孫玉坤，王麗平，姜永將，蔣維婷，祖層，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：實用新型
國別省市：