一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，包括：凸極型的外定子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心以及內(nèi)定子鐵心，所述外定子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心和內(nèi)定子鐵心從外到內(nèi)同中心軸的嵌套設(shè)置；所述外定子鐵心上設(shè)置有發(fā)電極，所述發(fā)電極上設(shè)置有激勵(lì)繞組以及發(fā)電繞組，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能；所述轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)置有轉(zhuǎn)子凸極；所述內(nèi)定子鐵心上設(shè)置有懸浮極，所述懸浮極上設(shè)置有懸浮力繞組，用于實(shí)現(xiàn)懸浮功能；本發(fā)明集全周期發(fā)電和雙通道運(yùn)行功能于一體，解決懸浮力和發(fā)電電壓之間非線性強(qiáng)耦合的技術(shù)問(wèn)題，增強(qiáng)徑向負(fù)載能力，提高系統(tǒng)的可靠性。
【專利說(shuō)明】一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)，尤其是一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)是將磁軸承的徑向力繞組疊繞在開關(guān)磁阻電機(jī)定子繞組上，利用磁場(chǎng)力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，可以在保留開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)械強(qiáng)度大、轉(zhuǎn)速升高對(duì)電磁損耗影響小、運(yùn)行效率和臨界轉(zhuǎn)速高、發(fā)電電流為直流脈動(dòng)電流等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步消除機(jī)械軸承帶來(lái)的摩擦損耗，且無(wú)需潤(rùn)滑裝置。磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)可以高速及超高速電動(dòng)/發(fā)電運(yùn)行，能極大地拓寬開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用范圍，在工業(yè)、化工、生物以及軍工等諸多領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行方式為周期性分時(shí)發(fā)電模式，這種傳統(tǒng)周期性分時(shí)發(fā)電模式具有功率密度低的局限性，2011年發(fā)表于《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》的文獻(xiàn)“全周期無(wú)軸承磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)”公布了一種磁懸浮開關(guān)磁阻全周期發(fā)電機(jī)，其懸浮繞組同時(shí)擔(dān)任懸浮和勵(lì)磁兩種功能，并且在懸浮繞組完成勵(lì)磁關(guān)斷電流后，主繞組續(xù)流發(fā)電。然而這種發(fā)電機(jī)的懸浮繞組和主繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，在磁路上相互影響，相互耦合，懸浮力和發(fā)電電壓之間存在復(fù)雜的非線性強(qiáng)耦合關(guān)系，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)、非線性解耦以及運(yùn)行控制的難度很大，懸浮和發(fā)電性能也有待提高。
[0004]2013年發(fā)表于《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》的文獻(xiàn)“三相串聯(lián)勵(lì)磁式無(wú)軸承開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)原理與實(shí)現(xiàn)”公布了一種三相串聯(lián)勵(lì)磁磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，這種發(fā)電機(jī)可進(jìn)一步降低功率控制器成本，但這種電機(jī)也存在懸浮和發(fā)電系統(tǒng)強(qiáng)耦合的問(wèn)題。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?00910263106.X的發(fā)明專利“一種單相無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)”公布了一種單相的無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)，這種電機(jī)的所有定子齒上只有一套繞組，懸浮力由懸浮繞組電流產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生，控制方便。但是作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，主繞組在前半周期勵(lì)磁，后半周期才續(xù)流發(fā)電，因此不能在整個(gè)相工作周期內(nèi)均向外輸出電能，同樣具有功率密度低的問(wèn)題。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.X，專利名稱為“一種磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)”的發(fā)明專利，公布了一種8/10極的混合定子型磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)；申請(qǐng)?zhí)枮?01220691074.0,專利名稱為“一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)”的發(fā)明專利，公布了一種12/14極的混合磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)；申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.X以及申請(qǐng)?zhí)枮?01220691074.0的專利公布了一種定子均分設(shè)寬極的懸浮極和窄極的發(fā)電極的磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，懸浮極上的懸浮力繞組產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸浮，發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組和發(fā)電繞組繞分別進(jìn)行勵(lì)磁和發(fā)電。但是這類寬-窄極混合定子型的磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)中，發(fā)電極與懸浮極之間仍存在一定的I禹合，徑向兩自由度懸浮極之間的I禹合也較大，對(duì)懸浮和發(fā)電功能的控制有較大的影響。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，包括:凸極型的外定子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心以及內(nèi)定子鐵心，所述外定子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心和內(nèi)定子鐵心從外到內(nèi)同中心軸的嵌套設(shè)置；所述外定子鐵心上設(shè)置有發(fā)電極，所述發(fā)電極上設(shè)置有激勵(lì)繞組以及發(fā)電繞組，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能；所述轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)置有轉(zhuǎn)子凸極；所述內(nèi)定子鐵心上設(shè)置有懸浮極，所述懸浮極上設(shè)置有懸浮力繞組，用于實(shí)現(xiàn)懸浮功能。
[0009]優(yōu)選的，所述外定子鐵心上等間隔設(shè)置有12個(gè)發(fā)電極，所述轉(zhuǎn)子鐵心上等間隔設(shè)置有8個(gè)轉(zhuǎn)子凸極，所述內(nèi)定子鐵心上等間隔設(shè)置有8個(gè)懸浮極。
[0010]優(yōu)選的，沿所述中心軸徑向相對(duì)設(shè)置的發(fā)電極上的激勵(lì)繞組和發(fā)電繞組各自串接為一相，共分成兩組三相。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)所述兩組三相繞組中的一組出現(xiàn)故障時(shí)，可斷開該組并通過(guò)所述兩組三相繞組中的另一組實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。
[0012]優(yōu)選的，所述懸浮力繞組包括兩組4極結(jié)構(gòu)，其中第一組懸浮力繞組位于所述中心軸徑向的X、y軸正方向，第二組懸浮力繞組位于與X軸正方向成45°、135° >225°和315°夾角方向，懸浮力繞組之間互不串接。
[0013]優(yōu)選的，當(dāng)所述第一組懸浮力繞組出現(xiàn)故障時(shí)，可斷開所述故障極并通過(guò)所述第二組懸浮力繞組中與其相鄰的兩極實(shí)現(xiàn)懸浮功能。
[0014]優(yōu)選的，所述懸浮極與所述轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)表面的對(duì)齊面積與所述懸浮極的寬度相
坐寸ο
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，具有懸浮和發(fā)電系統(tǒng)解耦、徑向懸浮性能增強(qiáng)、雙通道運(yùn)行的特點(diǎn)，集開關(guān)磁阻電機(jī)全周期發(fā)電、雙通道運(yùn)行和轉(zhuǎn)子自懸浮功能于一體，解決發(fā)電功能與轉(zhuǎn)子懸浮功能之間以及徑向兩自由度懸浮力之間的非線性強(qiáng)耦合的技術(shù)問(wèn)題，增強(qiáng)徑向負(fù)載能力，可連續(xù)發(fā)電并提高供電的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)激勵(lì)繞組單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的磁路分布圖；
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)懸浮力繞組單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的磁路分布圖；
[0020]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.X的專利所述公布的發(fā)電機(jī)激勵(lì)繞組單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的磁路分布圖；
[0021]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.X專利所公布的發(fā)電機(jī)懸浮力繞組單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的磁路分布圖；
[0022]圖6是本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓隨轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線。
[0023]其中:1、外定子鐵心；2、發(fā)電極；3、轉(zhuǎn)子鐵心；4、轉(zhuǎn)子凸極；5、內(nèi)定子鐵心；6、懸
浮極；7、激勵(lì)繞組；8、發(fā)電繞組；9、懸浮力繞組。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0025]請(qǐng)參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型的磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述雙定子型的磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)包括外定子鐵心1、發(fā)電極2、轉(zhuǎn)子鐵心3、轉(zhuǎn)子凸極4、內(nèi)定子鐵心5、懸浮極6、激勵(lì)繞組7、發(fā)電繞組8以及懸浮力繞組9，其中，外定子鐵心I，轉(zhuǎn)子鐵心3和內(nèi)定子鐵心5依次從外到內(nèi)以同中心軸的方式嵌套設(shè)置。
[0026]外定子鐵心I包括十二個(gè)發(fā)電極2，十二個(gè)發(fā)電極2等間隔地設(shè)置在外定子鐵心I上，激勵(lì)繞組7和發(fā)電繞組8分別纏繞于十二個(gè)發(fā)電極2上，徑向相對(duì)的兩個(gè)激勵(lì)繞組7和發(fā)電繞組8分別串接為一相，共分成Al、B1、Cl以及A2、B2、C2共兩組三相。
[0027]轉(zhuǎn)子鐵心3包括八個(gè)轉(zhuǎn)子凸極4，八個(gè)轉(zhuǎn)子凸極4等間隔地設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心3上，轉(zhuǎn)子凸極4上未設(shè)置任何繞組。
[0028]內(nèi)定子鐵心5包括八個(gè)懸浮極6，八個(gè)懸浮極6等間隔地設(shè)置在內(nèi)定子鐵心5上，懸浮極6上分別繞有懸浮力繞組9，各懸浮力繞組9相互之間不串接。
[0029]發(fā)電極2上的激勵(lì)繞組7和發(fā)電繞組8負(fù)責(zé)全周期發(fā)電功能，圖中isA1+、、1+和isC1+分別為Al相、BI相和Cl相激勵(lì)繞組的流入電流；isA1-、isB1_和isa_分別為Al相、BI相和Cl相激勵(lì)繞組的流出電流；igA1+、isB1+和isc;1+分別為Al相、BI相和Cl相發(fā)電繞組的流入電流；igA1-、IgB1-和iga-分別為Al相、BI相和Cl相發(fā)電繞組的流出電流；isA2+、isB2+和isC2+分別為A2相、B2相和C2相激勵(lì)繞組的流入電流；isA2_、isB2_和ise2_分別為A2相、B2相和C2相激勵(lì)繞組的流出電流；igA2+、igB2+和igc2+分別為A2相、B2相和C2相發(fā)電繞組的流入電流；igA2-、igB2-和igC2-分別為A2相、B2相和C2相發(fā)電繞組的流出電流。選用Al、B1、Cl相實(shí)現(xiàn)發(fā)電，當(dāng)檢測(cè)Al、B1、Cl相出現(xiàn)故障時(shí)，斷開Al、B1、Cl相，轉(zhuǎn)而選用A2、B2、C2相實(shí)現(xiàn)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)雙通道發(fā)電；通過(guò)控制三相激勵(lì)繞組的輪流導(dǎo)通以及激勵(lì)電流的大小，即可在發(fā)電繞組內(nèi)獲得期望的發(fā)電電壓。
[0030]懸浮極6上的懸浮力繞組9負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)子懸浮功能，圖中ial+和ia2+分別為位于X、y軸正方向的懸浮力繞組的流入電流；ia3+和ia4+分別為X、y軸負(fù)方向懸浮繞組的流入電流；ia1-和ia2-分別為位于x、y軸正方向的懸浮力繞組的流出電流；ia3-和ia4-分別為x、y軸負(fù)方向懸浮繞組的流出電流；ibl+、ib2+、ib3+和ib4+分別為沿與X軸正方向成45°、135°、225°和315°夾角方向懸浮力繞組的流入電流；ibl_、ib2_、ib3_和ib4_分別為沿與X軸正方向成45°、135°、225°和315°夾角方向懸浮力繞組的流出電流。選用ial、ia2、ia3和ia4產(chǎn)生轉(zhuǎn)子懸浮所需的徑向力，ial導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生X軸正方向懸浮力，反之，ia3導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生X軸負(fù)方向懸浮力；ia2導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生Y軸正方向懸浮力，反之，ia4導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生Y軸負(fù)方向懸浮力。當(dāng)ial出現(xiàn)故障時(shí)，斷開ial，轉(zhuǎn)而選用ibl和iM導(dǎo)通，從而產(chǎn)生所需的X軸正方向懸浮力合力；當(dāng)ia2出現(xiàn)故障時(shí)，斷開ia2，轉(zhuǎn)而選用ibi和L導(dǎo)通，從而產(chǎn)生所需的I軸正方向懸浮力合力；當(dāng)ia3出現(xiàn)故障時(shí)，斷開ia3，轉(zhuǎn)而選用ib2和ib3導(dǎo)通，從而產(chǎn)生所需的X軸負(fù)方向懸浮力合力；當(dāng)ia4出現(xiàn)故障時(shí)，斷開ia4，轉(zhuǎn)而選用和iM導(dǎo)通，從而產(chǎn)生所需的y軸負(fù)方向懸浮力合力。如此，可以實(shí)現(xiàn)雙通道轉(zhuǎn)子懸浮，通過(guò)控制X軸方向和y軸方向的懸浮力即可合成任意方向的懸浮力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子自懸浮功能。
[0031]請(qǐng)參見圖2和圖4，本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)的激勵(lì)繞組7單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)激勵(lì)電流產(chǎn)生的磁通不經(jīng)過(guò)內(nèi)定子鐵心5和懸浮力繞組9，而現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.X專利所公布的磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的激勵(lì)電流產(chǎn)生的磁通中有部分經(jīng)過(guò)懸浮極和懸浮力繞組。
[0032]請(qǐng)參見表一，為本實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)與申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.x的專利所公布的發(fā)電機(jī)在激勵(lì)繞組單獨(dú)導(dǎo)通時(shí)的繞組磁鏈有限元計(jì)算值比較。其中，定義轉(zhuǎn)子凸極4與發(fā)電極2對(duì)齊時(shí)為轉(zhuǎn)子位置角Θ的零度位置，以逆時(shí)針方向?yàn)檎緦?shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)Al相激勵(lì)繞組磁鏈為Vs—A1，懸浮極％處的懸浮力繞組磁鏈為Val，轉(zhuǎn)子初始位置角為-15°，轉(zhuǎn)速為5000r/min ;申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.x的專利所述發(fā)電機(jī)A相激勵(lì)繞組磁鏈為Vs A，懸浮極X1處的懸浮力繞組磁鏈為Vxl，轉(zhuǎn)子初始位置角為-18°，轉(zhuǎn)速為6000r/min ;可以看出，本發(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)的激勵(lì)繞組電流在懸浮力繞組引起的磁鏈僅約占激勵(lì)繞組磁鏈的0.01%?0.02% ;申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.X的專利所述發(fā)電機(jī)的激勵(lì)繞組電流在懸浮力繞組引起的磁鏈僅約占激勵(lì)繞組磁鏈的10%?20%?？梢钥闯霰景l(fā)明實(shí)施方式提供的雙定子型的磁懸浮開關(guān)磁阻全周期雙通道發(fā)電機(jī)的激勵(lì)繞組對(duì)懸浮力繞組的耦合影響遠(yuǎn)小于申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992.x的專利所公布的發(fā)電機(jī)。
[0033]表一
[0034]
【權(quán)利要求】
1.一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:包括:凸極型的外定子鐵心，轉(zhuǎn)子鐵心以及內(nèi)定子鐵心，所述外定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心和內(nèi)定子鐵心從外到內(nèi)同中心軸的嵌套設(shè)置； 所述外定子鐵心上設(shè)置有發(fā)電極，所述發(fā)電極上設(shè)置有激勵(lì)繞組以及發(fā)電繞組，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能； 所述轉(zhuǎn)子鐵心上設(shè)置有轉(zhuǎn)子凸極； 所述內(nèi)定子鐵心上設(shè)置有懸浮極，所述懸浮極上設(shè)置有懸浮力繞組，用于實(shí)現(xiàn)懸浮功倉(cāng)泛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述外定子鐵心上等間隔設(shè)置有12個(gè)發(fā)電極，所述轉(zhuǎn)子鐵心上等間隔設(shè)置有8個(gè)轉(zhuǎn)子凸極，所述內(nèi)定子鐵心上等間隔設(shè)置有8個(gè)懸浮極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:沿所述中心軸徑向相對(duì)設(shè)置的發(fā)電極上的激勵(lì)繞組和發(fā)電繞組各自串接為一相，共分成兩組三相。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:當(dāng)所述兩組三相繞組中的一組出現(xiàn)故障時(shí)，斷開該組并通過(guò)所述兩組三相繞組中的另一組實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述懸浮力繞組包括兩組4極結(jié)構(gòu)，其中第一組懸浮力繞組位于所述中心軸徑向的x、y軸正方向，第二組懸浮力繞組位于與軸正方向成45°、135°、225°和315°夾角方向，懸浮力繞組之間互不串接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:當(dāng)所述第一組懸浮力繞組出現(xiàn)故障時(shí)，斷開所述故障極并通過(guò)所述第二組懸浮力繞組中與其相鄰的兩極替代所述故障極實(shí)現(xiàn)懸浮功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述懸浮極與所述轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)表面的對(duì)齊面積與所述懸浮極的寬度相等。
【文檔編號(hào)】H02N15/00GK103746611SQ201410004711
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】周云紅, 孫玉坤 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院