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】本實用新型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，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)置有激勵繞組以及發(fā)電繞組，用于實現(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，用于實現(xiàn)懸浮功能；本實用新型集全周期發(fā)電和雙通道運行功能于一體，解決懸浮力和發(fā)電電壓之間非線性強耦合的技術(shù)問題，增強徑向負載能力，提高系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】一種雙定子型磁懸浮開關(guān)磁阻雙通道全周期發(fā)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種發(fā)電機，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。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮開關(guān)磁阻電機是將磁軸承的徑向力繞組疊繞在開關(guān)磁阻電機定子繞組上，利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，可以在保留開關(guān)磁阻電機機械強度大、轉(zhuǎn)速升高對電磁損耗影響小、運行效率和臨界轉(zhuǎn)速高、發(fā)電電流為直流脈動電流等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，進一步消除機械軸承帶來的摩擦損耗，且無需潤滑裝置。磁懸浮開關(guān)磁阻電機可以高速及超高速電動/發(fā)電運行，能極大地拓寬開關(guān)磁阻電機的應(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)電機的傳統(tǒng)發(fā)電運行方式為周期性分時發(fā)電模式，這種傳統(tǒng)周期性分時發(fā)電模式具有功率密度低的局限性，2011年發(fā)表于《中國電機工程學報》的文獻“全周期無軸承磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機的設(shè)計”公布了一種磁懸浮開關(guān)磁阻全周期發(fā)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(guān)斷電流后，主繞組續(xù)流發(fā)電。然而這種發(fā)電機的懸浮繞組和主繞組所產(chǎn)生的磁場，在磁路上相互影響，相互耦合，懸浮力和發(fā)電電壓之間存在復雜的非線性強耦合關(guān)系，系統(tǒng)的數(shù)學模型推導、非線性解耦以及運行控制的難度很大，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)學報》的文獻“三相串聯(lián)勵磁式無軸承開關(guān)磁阻發(fā)電機原理與實現(xiàn)”公布了一種三相串聯(lián)勵磁磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機，這種發(fā)電機可進一步降低功率控制器成本，但這種電機也存在懸浮和發(fā)電系統(tǒng)強耦合的問題。
[0005]申請?zhí)枮?00910263106.X的發(fā)明專利“一種單相無軸承開關(guān)磁阻電機”公布了一種單相的無軸承開關(guān)磁阻電機，這種電機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)電機運行時，主繞組在前半周期勵磁，后半周期才續(xù)流發(fā)電，因此不能在整個相工作周期內(nèi)均向外輸出電能，同樣具有功率密度低的問題。
[0006]申請?zhí)枮?01110313992.X，專利名稱為“一種磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機”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；申請?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”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；申請?zhí)枮?01110313992.X以及申請?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，懸浮極上的懸浮力繞組產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸浮，發(fā)電極上的勵磁繞組和發(fā)電繞組繞分別進行勵磁和發(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，對懸浮和發(fā)電功能的控制有較大的影響。實用新型內(nèi)容
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型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。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的技術(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，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)置有激勵繞組以及發(fā)電繞組，用于實現(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個發(fā)電極，所述轉(zhuǎn)子鐵心上等間隔設(shè)置有8個轉(zhuǎn)子凸極，所述內(nèi)定子鐵心上等間隔設(shè)置有8個懸浮極。
[0010]優(yōu)選的，沿所述中心軸徑向相對設(shè)置的發(fā)電極上的激勵繞組和發(fā)電繞組各自串接為一相，共分成兩組三相。
[0011]優(yōu)選的，當所述兩組三相繞組中的一組出現(xiàn)故障時，可斷開該組并通過所述兩組三相繞組中的另一組實現(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，當所述第一組懸浮力繞組出現(xiàn)故障時，可斷開所述故障極并通過所述第二組懸浮力繞組中與其相鄰的兩極實現(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)表面的對齊面積與所述懸浮極的寬度相
坐寸ο
[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型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，具有懸浮和發(fā)電系統(tǒng)解耦、徑向懸浮性能增強、雙通道運行的特點，集開關(guān)磁阻電機全周期發(fā)電、雙通道運行和轉(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耦合的技術(shù)問題，增強徑向負載能力，可連續(xù)發(fā)電并提高供電的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步說明:
[0017]圖1是本實用新型實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)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實用新型實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)電機激勵繞組單獨導通時的磁路分布圖；
[0019]圖3是本實用新型實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)電機懸浮力繞組單獨導通時的磁路分布圖；
[0020]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮?01110313992.X的專利所述公布的發(fā)電機激勵繞組單獨導通時的磁路分布圖；
[0021]圖5是現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮?01110313992.X專利所公布的發(fā)電機懸浮力繞組單獨導通時的磁路分布圖；
[0022]圖6是本實用新型實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、激勵繞組；8、發(fā)電繞組；9、懸浮力繞組。
【具體實施方式】
[0024]以下將結(jié)合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本實用新型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
[0025]請參見圖1，為本實用新型實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包括十二個發(fā)電極2，十二個發(fā)電極2等間隔地設(shè)置在外定子鐵心I上，激勵繞組7和發(fā)電繞組8分別纏繞于十二個發(fā)電極2上，徑向相對的兩個激勵繞組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包括八個轉(zhuǎn)子凸極4，八個轉(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包括八個懸浮極6，八個懸浮極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上的激勵繞組7和發(fā)電繞組8負責全周期發(fā)電功能，圖中isA1+、、1+和isC1+分別為Al相、BI相和Cl相激勵繞組的流入電流；isA1-、isB1_和isa_分別為Al相、BI相和Cl相激勵繞組的流出電流；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相激勵繞組的流入電流；isA2_、isB2_和ise2_分別為A2相、B2相和C2相激勵繞組的流出電流；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相實現(xiàn)發(fā)電，當檢測Al、B1、Cl相出現(xiàn)故障時，斷開Al、B1、Cl相，轉(zhuǎn)而選用A2、B2、C2相實現(xiàn)發(fā)電，實現(xiàn)雙通道發(fā)電；通過控制三相激勵繞組的輪流導通以及激勵電流的大小，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負責轉(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導通時，產(chǎn)生X軸正方向懸浮力，反之，ia3導通時，產(chǎn)生X軸負方向懸浮力；ia2導通時，產(chǎn)生Y軸正方向懸浮力，反之，ia4導通時，產(chǎn)生Y軸負方向懸浮力。當ial出現(xiàn)故障時，斷開ial，轉(zhuǎn)而選用ibl和iM導通，從而產(chǎn)生所需的X軸正方向懸浮力合力；當ia2出現(xiàn)故障時，斷開ia2，轉(zhuǎn)而選用ibi和L導通，從而產(chǎn)生所需的I軸正方向懸浮力合力；當ia3出現(xiàn)故障時，斷開ia3，轉(zhuǎn)而選用ib2和ib3導通，從而產(chǎn)生所需的X軸負方向懸浮力合力；當ia4出現(xiàn)故障時，斷開ia4，轉(zhuǎn)而選用和iM導通，從而產(chǎn)生所需的y軸負方向懸浮力合力。如此，可以實現(xiàn)雙通道轉(zhuǎn)子懸浮，通過控制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，從而實現(xiàn)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子自懸浮功能。
[0031]請參見圖2和圖4，本實用新型實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)電機的激勵繞組7單獨導通時激勵電流產(chǎn)生的磁通不經(jīng)過內(nèi)定子鐵心5和懸浮力繞組9，而現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)枮?01110313992.X專利所公布的磁懸浮開關(guān)磁阻發(fā)電機的激勵電流產(chǎn)生的磁通中有部分經(jīng)過懸浮極和懸浮力繞組。
[0032]請參見表一，為本實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)電機與申請?zhí)枮?01110313992.x的專利所公布的發(fā)電機在激勵繞組單獨導通時的繞組磁鏈有限元計算值比較。其中，定義轉(zhuǎn)子凸極4與發(fā)電極2對齊時為轉(zhuǎn)子位置角Θ的零度位置，以逆時針方向為正，本實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Al相激勵繞組磁鏈為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?zhí)枮?01110313992.x的專利所述發(fā)電機A相激勵繞組磁鏈為WsA，懸浮極X1處的懸浮力繞組磁鏈為Ψχ1，轉(zhuǎn)子初始位置角為-18°，轉(zhuǎn)速為6000r/min ;可以看出，本實用新型實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)電機的激勵繞組電流在懸浮力繞組引起的磁鏈僅約占激勵繞組磁鏈的0.01%?0.02% ;申請?zhí)枮?01110313992.x的專利所述發(fā)電機的激勵繞組電流在懸浮力繞組引起的磁鏈僅約占激勵繞組磁鏈的10%?20%。可以看出本實用新型實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)電機的激勵繞組對懸浮力繞組的耦合影響遠小于申請?zhí)枮?01110313992.X的專利所公布的發(fā)電機。
[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，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)置有激勵繞組以及發(fā)電繞組，用于實現(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，用于實現(xiàn)懸浮功倉泛。
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，其特征在于:所述外定子鐵心上等間隔設(shè)置有12個發(fā)電極，所述轉(zhuǎn)子鐵心上等間隔設(shè)置有8個轉(zhuǎn)子凸極，所述內(nèi)定子鐵心上等間隔設(shè)置有8個懸浮極。
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，其特征在于:沿所述中心軸徑向相對設(shè)置的發(fā)電極上的激勵繞組和發(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，其特征在于:當所述兩組三相繞組中的一組出現(xiàn)故障時，斷開該組并通過所述兩組三相繞組中的另一組實現(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，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，其特征在于:當所述第一組懸浮力繞組出現(xiàn)故障時，斷開所述故障極并通過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，其特征在于:所述懸浮極與所述轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)表面的對齊面積與所述懸浮極的寬度相等。
【文檔編號】H02N15/00GK203691290SQ201420006336
【公開日】2014年7月2日 申請日期: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 申請人:南京工程學院