一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机制造技术

一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机，由定子背轭、永磁体、定子悬浮力铁心、定子转矩铁心、转子铁心、悬浮力绕组线圈、转矩绕组线圈、辅助励磁绕组线圈和轴组成。定子背轭内侧为定子悬浮力铁心和定子转矩铁心，永磁体嵌入在定子背轭，定子悬浮力铁心与定子转矩铁心之间。定子悬浮力铁心和定子转矩铁心分别绕有悬浮力绕组线圈和转矩绕组线圈。辅助励磁绕组线圈缠绕在定子转矩铁心轭部的辅助绕组安装槽内。定子悬浮力铁心及定子转矩铁心的内部为转子铁心，转子铁心内部为轴。本发明专利技术通过永磁体提供偏置磁场，减小电机损耗，缩短轴向长度；同时利用永磁体和辅助励磁绕组线圈提供激励磁通，使电机增大电磁转矩，提高电机的效率。

A permanent magnet biased Bearingless Switched Reluctance Starter / generator

A permanent magnet bearingless switched reluctance starter / generator, a back yoke, a permanent magnet, stator core, stator core torque and levitation force, levitation force and rotor windings and torque windings, auxiliary winding coil and the shaft. The inner side of the stator back yoke is a stator suspension iron core and a stator torque iron core, wherein the permanent magnet is embedded in the stator yoke, the stator suspension iron core and the stator torque iron core. The stator suspension, the iron core and the stator torque core are respectively wound with suspension, winding coils and torque winding coils. The auxiliary excitation winding coil is wound in the auxiliary winding installation slot of the stator torque yoke. The stator suspension force, the core of the stator and the torque core of the stator are rotor cores, and the rotor core is an axle. The present invention provided by the permanent magnet biased magnetic field, reduce the motor loss, shorten the axial length; and the use of permanent magnets and auxiliary excitation winding flux of the motor increases to provide incentives, improve the efficiency of the motor torque.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机
本专利技术涉及一种永磁辅助励磁的12/14无轴承开关磁阻电机，特别是一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机，可作为高速、高精度的驱动电机。
技术介绍
开关磁阻电机是近二十年依靠现代微电子技术、现代电力电子技术和控制技术等学科不断进步而逐步发展起来的一种结构简单的新型调速电机，其运行原理不同于感应电机和直流电机，而是依靠“磁阻最小原理”产生转矩。开关磁阻电机的定、转子均为双凸极结构，可由硅钢片叠压而成，其中定子齿极上绕有集中绕组，转子上既无永磁体也没有绕组，因此电机的结构极其简单。简单的电机结构及运行原理带来了可靠性好、系统控制灵活和运行效率高等一系列优点。将磁悬浮技术中的无轴承技术引入开关磁阻电机中,可充分发挥开关磁阻电机的高速适应性。同时,通过对定、转子间不对称径向力的主动控制,有望改善开关磁阻电机固有的振动和噪声问题。此外,无轴承技术的应用也为开关磁阻发电机在分布式发电系统、不间断电源和可再生能源发电的飞轮储能系统、以及电动/混合动力汽车等领域的应用创造了条件。在专利201310711241.2中提出的永磁偏置无轴承开关磁阻电机中，提出一种利用永磁偏置磁场，实现转子悬浮控制的无轴承开关磁阻电机。虽然通过对定子转矩铁心齿位置的调整，可以在一定程度上使电机增大电磁转矩，但受槽满率限制，增加程度有限。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有无轴承开关磁阻电机技术的不足，提供一种永磁偏置磁场，实现转子悬浮控制，增大输出转矩，便于实现高速运行的无轴承开关磁阻电机。本专利技术的技术解决方案是：一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机，由一个定子背轭、八个永磁体、四个定子悬浮力铁心、四个定子转矩铁心、一个转子铁心、一个轴、四个悬浮力绕组线圈、八个转矩绕组线圈、四个辅助励磁绕组线圈组成。定子背轭与定子悬浮力铁心，定子转矩铁心相连。定子悬浮力铁心上绕制有悬浮力绕组线圈；每个定子转矩铁心有两个齿，上面绕制有转矩绕组线圈。设定子悬浮力铁心与定子转矩铁心的外径为r1，内径为r2,定子转矩铁心齿根部弧长λ1，齿高h1，极弧βst；定子悬浮力铁心齿根部弧长λ2，齿高h1，极弧βss；定子转矩铁心槽宽为永磁体嵌入在定子背轭，定子悬浮力铁心及定子转矩铁心之间。永磁为六面体结构，其中一个面为拱形面，与定子背轭相连，其他五个面为平面，有两个侧面分别与定子悬浮力铁心侧面和定子转矩铁心侧面相连，永磁体在相邻的定子悬浮力铁心与定子转矩铁心之间。其中定子悬浮力铁心、永磁体与定子转矩铁心之间留有第二气隙，长度为δ2；定子悬浮力铁心、定子转矩铁心与转子铁心之间留有第一气隙，长度为δ1，二者满足δ2≥2δ1。在每个定子转矩铁心两齿间的中心线处，存在有从定子转矩铁心的内、外两侧看过去的相对的一对方形凹槽，作为辅助励磁绕组安装槽。辅助励磁绕组线圈缠绕在辅助励磁绕组安装槽内，辅助励磁绕组安装槽共有四对。设辅助励磁绕组安装槽宽λ3，槽深h2，两个辅助励磁绕组安装槽相连部分厚度为μ，则应满足μ≥λ1，定子悬浮力铁心和定子转矩铁心的内部为转子铁心，定义转子极弧为βr，转子极距为τr，则有βst+βr≤τr，βss≥τr。转子铁心的内部为轴。上述方案的原理是：一方面，永磁体提供无轴承开关磁阻电机的偏置磁场，用以产生稳定的悬浮力。永磁体产生的磁通通过定子悬浮力铁心轭部、定子悬浮力铁心齿部、第一气隙、转子铁心、轴形成磁路，提供永磁偏置磁场，同时通过调节悬浮力绕组线圈中的电流来保持无轴承开关磁阻电机转子的稳定的悬浮力。另一方面，由永磁体产生的磁通在辅助励磁绕组线圈的作用下，改变其原有的磁通路径，增大定子转矩铁心和转子铁心之间的磁通，从而达到增加输出转矩的目的。(将悬浮力定子铁心标记为A1，A2，B1，B2)定子悬浮力铁心上的悬浮力绕组产生的磁路为：以定子悬浮力铁心A1，A2为例，如图3所示，定子悬浮力铁心A1上的悬浮力绕组线圈通电后等效为N极，定子悬浮力铁心A2上的悬浮力绕组线圈等效为S极，磁路从定子悬浮力铁心A1出发，经过悬浮力铁心和定子转矩铁心的轭部及第二气隙，来到定子悬浮力铁心A2，经过A2与转子铁心之间的第一气隙，转子铁心，轴，转子铁心，A1与转子铁心之间的第一气隙，回到定子悬浮力铁心A1，形成闭合回路。(将转矩定子铁心齿标记为T1，T2，T3，T4，T1’，T2’，T3’，T4’)以T3，T4，T3’，T4’产生的磁路来看，T3，T4，T3’，T4’上的转矩绕组线圈串联，同时通电，转矩绕组线圈产生磁场。如图4所示，磁通从定子转矩铁心齿T3出发，经过定子转矩铁心轭部，定子转矩铁心齿T4，第一气隙，转子铁心，第一气隙，回到定子转矩铁心齿T3，形成闭合回路；同样的，磁通从定子转矩铁心齿T3’出发，经过定子铁心轭部，定子转矩铁心齿T4’，第一气隙，转子铁心，第一气隙，回到定子转矩铁心齿T3’，形成闭合回路。将永磁体标记为(P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8)以永磁体P1，P2产生磁路方向看：如图5所示，磁通从永磁体P1的N极出发经过定子悬浮力铁心B2，第一气隙，转子铁心，轴，转子铁心，第一气隙，定子悬浮力铁心A1，永磁体P2，回到P1的S极，形成闭合回路，即定子在y轴方向产生了一个向上沿着+y方向的磁场；以永磁体P7，P8产生磁路方向看，磁通从永磁体P8的N极出发经过定子悬浮力铁心B2，第一气隙，转子铁心，轴，转子铁心，第一气隙，定子悬浮铁心A2，永磁体P7，后回到P8的S极，形成闭合回路，即定子在y轴方向产生了一个向下沿着-y方向的磁场。辅助励磁绕组线圈产生的磁路为：如图7所示，以永磁体P1，P2之间的辅助励磁绕组线圈为例，磁通从辅助励磁绕组线圈出发，经过转矩定子铁心T4’，第一气隙，转子铁心，第一气隙，T3’回到辅助励磁绕组线圈，形成闭合回路。永磁体2在辅助励磁绕组线圈9通电情况下的磁通路径为：如图6所示，以P1，P2为例，磁通从永磁体P2的N极出发，经过T4’相，第一气隙，转子铁心，第一气隙，T3’相，永磁体P1，定子悬浮力铁心B2，第一气隙，转子铁心，轴，定子悬浮力铁心A1，回到永磁体P2的S极，形成闭合回路。图8所示为本专利技术所述转矩绕组线圈的电感曲线。当转子处在不同位置时，电机内的磁场分布不同，转矩绕组电感L将随着转子磁极相对于定子转矩铁心磁极位置的变化而变化。当转子转动时，转矩绕组电感L在最大电感Lmax与最小电感Lmin之间周期性变化。最大电感Lmax是指转子与转矩定子铁心磁极轴线重合时的转矩绕组电感；最小电感Lmin是指转矩定子铁心磁极轴线与转子磁极间中心线重合时的转矩绕组电感。转矩绕组电感L的周期等于转子极距τr。在区域内，转矩极上的绕组线圈根据转子位置依次通电，电机输出转矩，此时电机工作在电动(起动)模式；在区域内，转矩绕组线圈不通电，在永磁体和辅助励磁绕组线圈的作用下，随着转子位置的变化，在转矩极上的绕组线圈产生感应电动势，向外输出电压，此时电机工作在发电模式。由此可知，转矩产生的原理为：T1，T2，T1’，T2’上的转矩绕组线圈串联，同时通电，产生磁场。在转子转动过程中，由于磁拉力的存在，产生转矩。同时，当辅助励磁绕组线圈通电之后，永磁体产生的磁通会改变其磁通路径，增大定子转矩铁心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机，其特征在于：由一个定子背轭(1)、八个永磁体(2)、四个定子悬浮力铁心(3)、四个定子转矩铁心(4)、一个转子铁心(5)、一个轴(6)、四个悬浮力绕组线圈(7)、八个转矩绕组线圈(8)、四个辅助励磁绕组线圈(9)组成；定子背轭(1)与定子悬浮力铁心(3)，定子转矩铁心(4)，永磁体(2)相连；定子悬浮力铁心(3)上绕制有悬浮力绕组线圈(7)；每个定子转矩铁心(4)有两个齿，每个齿上绕制有转矩绕组线圈(8)；设定子悬浮力铁心(3)与定子转矩铁心(4)的外径为r1，内径为r2，定子转矩铁心(4)齿根部弧长λ1，齿高h1，极弧βst；定子悬浮力铁心齿根部弧长λ2，齿高h1，极弧βss；则定子转矩铁心(4)槽宽为

【技术特征摘要】
1.一种永磁偏置无轴承开关磁阻起动/发电机，其特征在于：由一个定子背轭(1)、八个永磁体(2)、四个定子悬浮力铁心(3)、四个定子转矩铁心(4)、一个转子铁心(5)、一个轴(6)、四个悬浮力绕组线圈(7)、八个转矩绕组线圈(8)、四个辅助励磁绕组线圈(9)组成；定子背轭(1)与定子悬浮力铁心(3)，定子转矩铁心(4)，永磁体(2)相连；定子悬浮力铁心(3)上绕制有悬浮力绕组线圈(7)；每个定子转矩铁心(4)有两个齿，每个齿上绕制有转矩绕组线圈(8)；设定子悬浮力铁心(3)与定子转矩铁心(4)的外径为r1，内径为r2，定子转矩铁心(4)齿根部弧长λ1，齿高h1，极弧βst；定子悬浮力铁心齿根部弧长λ2，齿高h1，极弧βss；则定子转矩铁心(4)槽宽为永磁体(2)嵌入在定子背轭(1)，定子悬浮力铁心(3)及定子转矩铁心(4)之间；永磁体(2)为六面体结构，其中一个面为拱形面，与定子背轭(1)相连，其他五个面为平面，有两个侧面分别与定子悬浮力铁心(3)侧面和定子转矩铁心(4)侧面相连，永磁体(2)在相邻的定子悬浮力铁心(3)与定子转矩铁心(4)之间；其中定子悬浮力铁心(3)、永磁体(2)与定子转矩铁心(4)之间留有第二气隙(10)，长度为δ2；定子悬浮力铁心(3)、定子转矩铁心(4)与转子铁心(5)之间留有第一气隙，长度为δ1，二者满足δ2≥2δ1；在每...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠军，庞明琪，曲政，魏新生，张明举，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11