專利名稱：一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，尤其是一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，屬于機(jī)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)采用雙凸極結(jié)構(gòu)，定子繞有集中繞組，轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固、控制靈活方便、調(diào)速范圍廣、運(yùn)行效率高、工作可靠、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適合在惡劣環(huán)境和要求高速、超高速的場合下運(yùn)行?？紤]到開關(guān)磁阻電機(jī)的定子和磁軸承定子結(jié)構(gòu)的相似性，將磁軸承技術(shù)與開關(guān)磁阻電機(jī)相結(jié)合形成磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)，不僅拓寬磁懸浮電機(jī)的理論和應(yīng)用范圍，而且還繼承和發(fā)揮了開關(guān)磁阻電機(jī)的高速優(yōu)越性及其對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，同時(shí)通過徑向力的主動(dòng)控制，有望改善一直以來限制開關(guān)磁阻電機(jī)推廣應(yīng)用的電磁振動(dòng)和噪聲問題，因而磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)近年來得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。日本學(xué)者M(jìn). Takemoto首次提出了三相12/8極雙繞組結(jié)構(gòu)磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，并對(duì)其數(shù)學(xué)模型和控制策略方面進(jìn)行了分析研究，國內(nèi)學(xué)者在該電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、控制策略、電磁特性、振動(dòng)抑制、線性化解耦等方面進(jìn)行了深入研究，然而該電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)的復(fù)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(xué)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(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)通過在定子上分別設(shè)置懸浮極和旋轉(zhuǎn)極來消除懸浮力和轉(zhuǎn)矩之間的耦合，另外將懸浮極齒寬設(shè)置為旋轉(zhuǎn)極齒寬2倍，來提高電機(jī)的懸浮性能。以上研究均是針對(duì)磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的研究，而關(guān)于磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的研究目前比較少，2011年發(fā)表于《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》的文獻(xiàn)“全周期無軸承磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)”提出了一種磁懸浮開關(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)斷后，主繞組續(xù)流發(fā)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(fā)電電壓之間存在復(fù)雜的非線性強(qiáng)耦合關(guān)系，這使得懸浮和發(fā)電性能難以滿足要求。申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的發(fā)明專利“一種磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)”公布了一種8/10極定子混合型磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其定子極分設(shè)為懸浮極和發(fā)電極，懸浮極上的載流懸浮繞組產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，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。由于懸浮極與發(fā)電極之間的獨(dú)立性，該結(jié)構(gòu)基本實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁、懸浮與發(fā)電控制的自然解耦。但是，在該結(jié)構(gòu)中，僅有一半的定子極用于勵(lì)磁和發(fā)電，所以勵(lì)磁困難且功率密度非常低。而且，該電機(jī)采用長磁路結(jié)構(gòu)，在定子鐵心中存在逆轉(zhuǎn)磁場，這不但增加了電機(jī)磁動(dòng)勢要求，也增加了電機(jī)的定子鐵芯損耗。同時(shí)，當(dāng)電機(jī)勵(lì)磁繞組與懸浮繞組一起通電時(shí)，勵(lì)磁電流對(duì)徑向懸浮力仍有較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)存在的上述不足，提供一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)通過分設(shè)懸浮極和發(fā)電極，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁、發(fā)電與懸浮的自然解耦，采用短磁路設(shè)計(jì)避免了逆轉(zhuǎn)磁場，降低了電機(jī)鐵心損耗，通過增加發(fā)電極極數(shù)提高了系統(tǒng)輸出功率密度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，包括定子鐵心、沿定子鐵心內(nèi)壁圓周方向等間隔90°設(shè)置的四個(gè)懸浮極、設(shè)置于兩個(gè)相鄰懸浮極之間的發(fā)電極、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子極，所述發(fā)電極等間隔至少設(shè)置兩個(gè)，所述轉(zhuǎn)子極的數(shù)量由發(fā)電極的數(shù)量決定，四個(gè)懸浮極上分別疊繞有四套相互獨(dú)立的懸浮繞組，每個(gè)發(fā)電極上疊繞有勵(lì)磁繞組和發(fā)電繞組。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述發(fā)電機(jī)采用定子12極、轉(zhuǎn)子14極的雙凸極結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，等間隔設(shè)置于兩個(gè)相鄰懸浮極之間的發(fā)電極數(shù)量為兩個(gè)，即八個(gè)發(fā)電極等間隔30°兩兩成對(duì)設(shè)置在四個(gè)懸浮極之間，轉(zhuǎn)子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子極數(shù)量為14個(gè)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，對(duì)置的兩對(duì)發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成A相勵(lì)磁繞組凡i，沿同一方向?qū)χ玫膬蓪?duì)發(fā)電極上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成A相發(fā)電繞組與所述方向垂直位置對(duì)置的兩對(duì)發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B相勵(lì)磁繞組AL，沿同一垂直方向?qū)χ玫膬蓪?duì)發(fā)電極上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B發(fā)電磁繞組作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述懸浮極的極弧略大于轉(zhuǎn)子極距，發(fā)電極極弧與轉(zhuǎn)子極極弧相同，是懸浮極極弧的一半，懸浮極和發(fā)電極的內(nèi)沿和轉(zhuǎn)子極的外沿之間留有氣隙。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述懸浮極極弧為25. V，發(fā)電極極弧和轉(zhuǎn)子極極弧為 12. 85。。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)定子中心和轉(zhuǎn)子中心重合時(shí)，各處氣隙長度相等，所述氣隙長度S為0. 5mm。與傳統(tǒng)磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)相比，本發(fā)明的有以下益效果。(I)結(jié)構(gòu)清晰，功能明確，控制簡單。定子上分別設(shè)置懸浮極和發(fā)電極，懸浮繞組、發(fā)電繞組和勵(lì)磁繞組分別疊繞在相互獨(dú)立的懸浮極和發(fā)電極上，懸浮繞組只產(chǎn)生懸浮力，發(fā)電繞組只用于發(fā)電，而勵(lì)磁繞組只用于勵(lì)磁，相互無影響，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁、發(fā)電與懸浮的自然解耦，結(jié)構(gòu)清晰，功能明確，易于控制。(2)拓展懸浮力產(chǎn)生范圍、改善了懸浮性能。單獨(dú)設(shè)置懸浮極后，在任何轉(zhuǎn)子位置下，懸浮繞組通以期望電流，都能產(chǎn)生所需的懸浮力，因而拓展了懸浮力產(chǎn)生范圍；而懸浮極極弧轉(zhuǎn)子極距，因此在任何轉(zhuǎn)子位置下，懸浮極與轉(zhuǎn)子極間的對(duì)齊面積始終保持不變，所以在固定的電流激勵(lì)下，所產(chǎn)生的懸浮力大小基本不變，因而改善了電機(jī)懸浮性能。與申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的發(fā)明專利公布的8/10極磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)相t匕，本發(fā)明的有益效果是
(I)提高了電機(jī)輸出功率密度。申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的發(fā)明專利公布的8/10極發(fā)電機(jī)只有一半定子極用于勵(lì)磁和發(fā)電，新結(jié)構(gòu)的電機(jī)中有三分之二的定子極用于勵(lì)磁和發(fā)電，因而本發(fā)明所述定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)輸出功率密度更高。(2)短磁路，定子鐵心損耗小，運(yùn)行效率高。由于本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)在相鄰懸浮極之間等間隔設(shè)置兩個(gè)發(fā)電極，這使得勵(lì)磁磁路只在這相鄰兩個(gè)發(fā)電極之間形成回路，不用經(jīng)過很長的定子鐵心和懸浮極，因而勵(lì)磁磁路非常短，且不存在磁逆轉(zhuǎn)，這不僅降低了磁動(dòng)勢的要求，而且降低了定子鐵芯損耗，從而提聞了發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率。


圖1是本發(fā)明定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)磁路分布圖；·
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. X專利所述發(fā)電機(jī)的磁路分布 圖4是本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的懸浮繞組電感在不同勵(lì)磁電流下隨轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線 圖5是現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. X專利所述發(fā)電機(jī)的懸浮繞組電感在不同勵(lì)磁電流下隨轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線 圖6是本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組電感在不同懸浮電流下隨轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線 圖7是現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. X專利所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組電感在不同懸浮電流下隨轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線 圖8是本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)在不同懸浮電流下發(fā)電繞組的感應(yīng)電壓曲線 圖9是現(xiàn)有技術(shù)中申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. X專利所述發(fā)電機(jī)在不同懸浮電流下發(fā)電繞組的感應(yīng)電壓曲線 圖10是本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)與申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x專利所述發(fā)電機(jī)在相同勵(lì)磁繞組電流時(shí)的鐵心損耗曲線比較圖。圖中1、定子鐵心；2、轉(zhuǎn)子鐵心；3、懸浮極；4、發(fā)電極；5、懸浮繞組；6、勵(lì)磁繞組；7、發(fā)電繞組；101、本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的鐵心損耗曲線；102、申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的專利所述發(fā)電機(jī)的鐵心損耗曲線。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，采用定子12極、轉(zhuǎn)子14極的雙凸極結(jié)構(gòu)，由定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心、懸浮極、發(fā)電極、轉(zhuǎn)子極、懸浮繞組、勵(lì)磁繞組和發(fā)電繞組構(gòu)成。定子鐵心的內(nèi)壁沿圓周方向等間隔90°設(shè)置四個(gè)懸浮極Crl，z2, jl,_72)，四個(gè)懸浮極之間等間隔30°設(shè)置八個(gè)發(fā)電極(A1I4, B1I4),轉(zhuǎn)子鐵心的外壁沿圓周方向等間隔設(shè)置有十四個(gè)轉(zhuǎn)子極，懸浮極極弧略大于轉(zhuǎn)子極距為25. V，發(fā)電極極弧與轉(zhuǎn)子極極弧相同，是懸浮極極弧的一半為12.85°，懸浮極和發(fā)電極的內(nèi)沿和轉(zhuǎn)子極的外沿之間留有一定氣隙，當(dāng)定子中心和轉(zhuǎn)子中心重合時(shí)，各處氣隙長度相等為S(0.5mm)。四個(gè)懸浮極Crl，z2, ji，/2)上分別疊繞有四套相互獨(dú)立的懸浮繞組GVm Nx2, Nyl, %2)，八個(gè)發(fā)電極(A1I4, B1X)上分別疊繞有勵(lì)磁繞組和發(fā)電繞組，A1^A4四個(gè)發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成A相勵(lì)磁繞組久3，A1I4四個(gè)發(fā)電極上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成A相發(fā)電繞組四個(gè)發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B相勵(lì)磁繞組四個(gè)發(fā)電極上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B發(fā)電磁繞組分別在四套懸浮繞組OVw Nx2, Nyl, %2)中施加相應(yīng)的懸浮控制電流(ixl，ix2, iyl, &)，即可產(chǎn)生各個(gè)方向上的懸浮力(/^，F(xiàn)x2, Fyl, Fr2)a當(dāng)懸浮繞組#xl (或瓜)中施加懸浮控制電流ixl (或ix2)，即可產(chǎn)生水平向右(或向左)的懸浮力/^1 (或62);同理懸浮繞組X1 (或％2)中施加懸浮控制電流& (或i,2)，即可產(chǎn)生垂直向上(或向下)的懸浮力Z7rt (或Z7r2);水平方向懸浮力(&1，42)和垂直方向懸浮力(4i，/^2)可合成徑向任意方向上的懸浮力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的自懸浮功能。分別在A相勵(lì)磁繞組久3和B相勵(lì)磁繞組中施加相應(yīng)的勵(lì)磁電流(iS3，isA)，通過控制A相和B相勵(lì)磁電流(4，D的導(dǎo)通順序和導(dǎo)通時(shí)間，即可在發(fā)電繞組內(nèi)獲得期望的發(fā)電電壓(\3，或發(fā)電電流(1-1gb)。如圖1所示，本發(fā)明的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，采用定子12極、轉(zhuǎn)子14極的雙凸極結(jié)構(gòu)，包括定子鐵心1、轉(zhuǎn)子鐵心2、懸浮極3、發(fā)電極4、轉(zhuǎn)子極5、懸浮繞組6、勵(lì)磁繞組7和發(fā)電繞組8。定子鐵心I的內(nèi)壁沿圓周方向等間隔90°設(shè)置四個(gè)懸浮極3Crl，z2, A, 72)，四個(gè)懸浮極3之間等間隔30°設(shè)置八個(gè)發(fā)電極4 (A1I4, B1X);轉(zhuǎn)子鐵心2的外壁沿圓周方向等間隔設(shè)置有十四個(gè)轉(zhuǎn)子極5 ;懸浮極3和發(fā)電極4的內(nèi)沿和轉(zhuǎn)子極5的外沿之間留有一定氣隙，當(dāng)定子鐵心I的中心和轉(zhuǎn)子鐵心2的中心重合時(shí)，各處氣隙長度相等為S (0.5_)。如圖1所示，四個(gè)懸浮極3 Crl, z2, jd，/2)上分別疊繞有四套相互獨(dú)立的懸浮繞組6 GVxl，Nx2, Nyl, %2)，八個(gè)發(fā)電極4 (A1^A4, B1I4)上分別疊繞有勵(lì)磁繞組7和發(fā)電繞組8 ;圖中A1I4四個(gè)發(fā)電極4上的勵(lì)磁繞組7互相串聯(lián)構(gòu)成A相勵(lì)磁繞組屹,A1I4四個(gè)發(fā)電極4上的發(fā)電繞組8互相串聯(lián)構(gòu)成A相發(fā)電繞組％3，B1X四個(gè)發(fā)電極4上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B相勵(lì)磁繞組AL，B1X四個(gè)發(fā)電極4上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B發(fā)電磁繞組。如圖1所示，圖中ixl，ix2, iyl, 分別為四套懸浮繞組6 OVxl, Nx2, Nyl, ^沖的懸浮控制電流，上標(biāo)“ + ”表示電流流入懸浮繞組，上標(biāo)表示電流出懸浮繞組。單獨(dú)控制每個(gè)懸浮控制電流(1、，ix2, iyl,冬)，即可產(chǎn)生各個(gè)方向上所需的懸浮力。當(dāng)懸浮繞組Nxl (或瓜)中施加懸浮控制電流ixl (或ix2)，即可產(chǎn)生水平向右(或向左)的懸浮力；同理懸浮繞組& (或#,2)中施加懸浮控制電流& (或i,2)，即可產(chǎn)生垂直向上(或向下)的懸浮力；水平方向懸浮力和垂直方向懸浮力可合成徑向任意方向上的懸浮力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的自懸浮功能。如圖1所示，圖中isa, Isb分別為A相勵(lì)磁繞組久3和B相勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流，iga, igb分別為A相發(fā)電繞組和B相發(fā)電繞組中的發(fā)電電流，上標(biāo)“+”表示電流流入勵(lì)磁繞組或發(fā)電繞組，上標(biāo)表示電流出勵(lì)磁繞組或發(fā)電繞組。通過控制A相和B相勵(lì)磁繞組久3和中電流的導(dǎo)通順序和大小，即可在發(fā)電繞組內(nèi)獲得期望的發(fā)電電壓。如圖1所示，圖中懸浮極3的極弧約為一個(gè)轉(zhuǎn)子極距為25. 7°，發(fā)電極4的極弧與轉(zhuǎn)子極5的極弧是懸浮極3極弧的一半為12. 85°。定義轉(zhuǎn)子極5與A相發(fā)電極(Af A4)對(duì)齊時(shí)為轉(zhuǎn)子位置角9的零度位置，以逆時(shí)針方向?yàn)檎Ｓ捎趹腋O3的極弧約為一個(gè)轉(zhuǎn)子極距，這樣不論轉(zhuǎn)子位置角9如何變化，懸浮極3下定子、轉(zhuǎn)子的對(duì)齊面積始終等于轉(zhuǎn)子極面積，使得懸浮繞組6的電感受轉(zhuǎn)子位置角影響，提高轉(zhuǎn)子懸浮性能，并且懸浮繞組6的電流對(duì)發(fā)電繞組8的電感影響非常小。如圖2所示，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁路在定子中僅經(jīng)過兩發(fā)電極及橋接兩發(fā)電極的軛部，因而勵(lì)磁磁路比較短且不存在逆轉(zhuǎn)磁通，而申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的專利所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁路比較長，而且存在逆轉(zhuǎn)磁通，因而本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)降低了定子鐵心損耗和對(duì)磁動(dòng)勢的要求，提高了電機(jī)運(yùn)行效率。如圖3所示，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的懸浮繞組6電感在一個(gè)電周期內(nèi)(轉(zhuǎn)子位置角為 0 25. 7。)的變化量為 0. 01385H - 0. 0131H = 0. 00075H,申請(qǐng)?zhí)枮?201110313992. x專利所述發(fā)電機(jī)的懸浮繞組電感在一個(gè)電周期內(nèi)(轉(zhuǎn)子位置角為0 36° )的變化量為
0.0198H - 0. 0189H = 0. 0009H，這表明本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)懸浮繞組電感的變化量比申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. X的專利所述發(fā)電機(jī)懸浮繞組電感的變化量更小，這說明懸浮力受轉(zhuǎn)子位置角影響更小，因而本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)懸浮性能更佳。另外本發(fā)明所述發(fā)電極勵(lì)磁繞組電流iS3的變化對(duì)懸浮繞組電感的影響較申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的專利所述發(fā)電機(jī)來說更小，這是因?yàn)楸景l(fā)明所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁路不經(jīng)過懸浮極，因而實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁和懸浮的自然解稱(無稱合)。如圖4所示，相同勵(lì)磁電流下，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電感比申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的專利所述發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電感要大，這與其極弧大小和磁路有關(guān)，但是給懸浮繞組施加不同控制電流，對(duì)兩種發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組電感都沒有影響，這說明了本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的懸浮控制電流對(duì)勵(lì)磁作用沒有影響，進(jìn)一步說明本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和懸浮之間是自然解耦的。如圖5所示，在相同勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速下，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)比申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. x的專利所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓要大，這與兩種電機(jī)極弧和磁路不同有關(guān)，但是給懸浮繞組施加不同控制電流，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓受到的影響更小，這說明了本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的發(fā)電電壓不受懸浮控制電流影響，這表明了勵(lì)磁與發(fā)電也是自然解耦的。如圖6所示，給兩種發(fā)電機(jī)通相同勵(lì)磁電流下，本發(fā)明所述電機(jī)的定子鐵心損耗比申請(qǐng)?zhí)枮?01110313992. X的專利所述發(fā)電機(jī)的定子鐵心損耗要小得多，這是因?yàn)楸景l(fā)明所述電機(jī)比較短的磁路減少了磁路所包含的鐵心量。如圖re所示，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)采用12/14雙凸極結(jié)構(gòu)，十二個(gè)定子凸極分設(shè)為四個(gè)寬齒懸浮極3和八個(gè)窄齒發(fā)電極4，懸浮繞組6獨(dú)立繞在懸浮極3上，勵(lì)磁繞組7和發(fā)電繞組8繞在發(fā)電極4上，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電、勵(lì)磁與懸浮之間的自然解耦，改善了懸浮性能，簡化了控制；同時(shí)采用短磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不存在逆轉(zhuǎn)磁通，降低了電機(jī)磁動(dòng)勢要求和定子鐵心損耗，提高了電機(jī)工作效率；另外三分之二的定子極用于勵(lì)磁和發(fā)電以及獨(dú)立的發(fā)電繞組設(shè)計(jì)使得電機(jī)在整個(gè)相工作周期內(nèi)均向外輸出電能，因而提高了電機(jī)輸出功率密度。
權(quán)利要求
1.一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，包括定子鐵心(I)、沿定子鐵心(I) 內(nèi)壁圓周方向等間隔90°設(shè)置的四個(gè)懸浮極(3)、設(shè)置于兩個(gè)相鄰懸浮極(3)之間的發(fā)電極(4)、轉(zhuǎn)子鐵心(2)、轉(zhuǎn)子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子極(5)，其特征在于 所述發(fā)電極(4)等間隔至少設(shè)置兩個(gè)，所述轉(zhuǎn)子極(5)的數(shù)量由發(fā)電極(4)的數(shù)量決定，四個(gè)懸浮極(3)上分別疊繞有四套相互獨(dú)立的懸浮繞組(6)，每個(gè)發(fā)電極(4)上疊繞有勵(lì)磁繞組(7)和發(fā)電繞組(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述發(fā)電機(jī)采用定子12極、轉(zhuǎn)子14極的雙凸極結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于等間隔設(shè)置于兩個(gè)相鄰懸浮極(3)之間的發(fā)電極(4)數(shù)量為兩個(gè)，S卩八個(gè)發(fā)電極(4)等間隔30°兩兩成對(duì)設(shè)置在四個(gè)懸浮極(3)之間，轉(zhuǎn)子鐵心外壁沿外圓周方向等間隔設(shè)置的轉(zhuǎn)子極(5)數(shù)量為14個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于對(duì)置的兩對(duì)發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成A相勵(lì)磁繞組Λ ，沿同一方向?qū)χ玫膬蓪?duì)發(fā)電極上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成A相發(fā)電繞組與所述方向垂直位置對(duì)置的兩對(duì)發(fā)電極上的勵(lì)磁繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B相勵(lì)磁繞組Λ ，沿同一垂直方向?qū)χ玫膬蓪?duì)發(fā)電極上的發(fā)電繞組互相串聯(lián)構(gòu)成B發(fā)電磁繞組Ngb。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述懸浮極的極弧略大于轉(zhuǎn)子極距，發(fā)電極極弧與轉(zhuǎn)子極極弧相同，是懸浮極極弧的一半，懸浮極和發(fā)電極的內(nèi)沿和轉(zhuǎn)子極的外沿之間留有氣隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于所述懸浮極極弧為25. 7°，發(fā)電極極弧和轉(zhuǎn)子極極弧為12.85°。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于當(dāng)定子中心和轉(zhuǎn)子中心重合時(shí)，各處氣隙長度相等，所述氣隙長度δ為O. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定子混合型短磁路磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)由一個(gè)定子鐵心、一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心、四個(gè)懸浮極、八個(gè)發(fā)電極、十四個(gè)轉(zhuǎn)子極、四套懸浮繞組、兩相勵(lì)磁繞組和兩相發(fā)電繞組組成。四個(gè)懸浮極等間隔設(shè)置在定子鐵心上，八個(gè)發(fā)電極兩兩等間隔設(shè)置在四個(gè)懸浮極之間，十四個(gè)轉(zhuǎn)子極等間隔設(shè)置在轉(zhuǎn)子鐵心上，四套懸浮繞組分別獨(dú)立繞在四個(gè)懸浮極上，兩相勵(lì)磁繞組和兩相發(fā)電繞組疊繞在徑向相對(duì)的發(fā)電極上，懸浮極極弧為發(fā)電極極弧的兩倍，發(fā)電極極弧與轉(zhuǎn)子極弧相等。本發(fā)明采用混合定子和短磁路結(jié)構(gòu)，解決了勵(lì)磁、發(fā)電與懸浮的耦合問題，克服了磁通逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，降低了磁動(dòng)勢和定子鐵心損耗，提高了電機(jī)工作效率和輸出功率密度。
文檔編號(hào)H02K19/26GK103001433SQ20121054109
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者朱志瑩, 孫玉坤, 王麗平, 姜永將, 蔣維婷, 祖層 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)