高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置及檢測方法
【專利說明】
[0001]技術領域:
本發(fā)明涉及一種高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置及檢測方法。
[0002]【背景技術】:
目前現(xiàn)有電機功率較小時易于實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，而隨著功率的增大，電機轉(zhuǎn)速提升困難，因此一般將轉(zhuǎn)速和功率的乘積作為衡量一個國家電機發(fā)展水平的重要指標。以開關磁阻電機為例，采用機械軸承支撐，國內(nèi)小功率達到lKw、130000rpm，大功率只有180Kw、3000rpm ;國外小功率有l(wèi)Kw、200000rpm，大功率已經(jīng)達到250Kw、22000rpm。由于采用機械軸承，開關磁阻電機轉(zhuǎn)速和功率乘積限制在一個很低的水平，且國內(nèi)研究水平遠落后于國外。為擺脫機械軸承的束縛，目前電工界正在研究將高速電機和磁軸承結合，以實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)速和功率等級。國外磁懸浮電機已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，磁懸浮電機已經(jīng)應用于衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的控制力矩陀螺、磨削車床主軸、飛輪電池儲能、渦輪發(fā)動機，優(yōu)勢顯著。美軍已研制成功功率250Kw轉(zhuǎn)速40000rpm磁懸浮開關磁阻電機，并裝備到F-35戰(zhàn)斗機的起動/發(fā)電機系統(tǒng)中，這也說明高速電機和磁軸承結合是未來電機發(fā)展的一個重要趨勢。國內(nèi)開關磁阻電機最高轉(zhuǎn)速已實現(xiàn)130000rpm，但由于軸承的限制，電機的功率只有l(wèi)Kw，大功率電機轉(zhuǎn)速很低，轉(zhuǎn)速與功率嚴重脫節(jié)，應用場合受到極大的限制。研究磁懸浮軸承支撐的開關磁阻電機是突破機械軸承限制的一種有效途徑，目前國內(nèi)已有多家單位研究磁懸浮電機，用于數(shù)控車床主軸磨削實驗的磁懸浮異步電機轉(zhuǎn)速達到40000rpm，但針對開關磁阻電機的較少。將磁軸承和開關磁阻電機結合進行集成化設計，首次采用雙端對稱三自由度磁軸承結構實現(xiàn)電機懸浮，最高轉(zhuǎn)速達到35000rpm，電機功率達到7.5Kw，且功率等級可以進一步提高，為電機在中大功率場合的發(fā)展和應用打下了良好的基礎。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置及檢測方法。
[0004]上述的目的通過以下的技術方案實現(xiàn):
一種高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置，其組成包括:一組相互連接的永磁偏離軸向徑向磁軸承，所述的永磁偏離軸向徑向磁軸承包括套筒，所述的套筒內(nèi)裝有永磁環(huán)，所述的永磁環(huán)內(nèi)部裝有開關磁阻電機，所述的開關磁阻電機側(cè)面裝有徑向磁極，所述的套筒一個端面裝有定子圓盤，所述的定子圓盤內(nèi)部具有孔，所述的孔內(nèi)裝有軸向磁極。
[0005]所述的高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置，所述的開關磁阻電機包括電機定子，所述的電機定子內(nèi)部裝有電機轉(zhuǎn)子。
[0006]一種高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置及檢測方法，該方法包括如下步驟:將開關磁阻電機和磁懸浮軸承結合，高速磁懸浮開關磁阻電機，采用磁懸浮軸承支撐電機，電機定、轉(zhuǎn)子沒有直接接觸，轉(zhuǎn)速不再受到機械軸承的限制，不存在機械磨損，降低了轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)過程中摩擦損耗，消除了因軸承潤滑劑帶來的污染，省去龐大的軸承潤滑、冷卻裝置，開關磁阻電機可以向更高的轉(zhuǎn)速和功率發(fā)展，提高了電機在高速大功率場合適用的能力；
采用雙端對稱三自由度磁軸承結構，電機結構緊湊，縮短了電機軸向長度，增大轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，為磁軸承的推廣應用創(chuàng)造了有利條件。為提高開關功放性能，提出一種改進型三態(tài)采樣保持控制策略，繞組增加O續(xù)流狀態(tài)，引入三態(tài)法以后，電流紋波大小與直流母線電壓無關，因此可以在不增加電流紋波的情況下，通過提高直流母線電壓來提高電磁力的響應速度，同時磁拉力脈動減小，有效提高磁軸承系統(tǒng)的動態(tài)特性，一種新型的開關磁阻電機位置傳感器故障檢測及容錯控制方法，保證電機能夠在高溫、多粉塵等極端惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行。
[0007]有益效果:
1.本發(fā)明將開關磁阻電機和磁懸浮軸承結合，研制了高速磁懸浮開關磁阻電機，采用磁懸浮軸承支撐電機，電機定、轉(zhuǎn)子沒有直接接觸，轉(zhuǎn)速不再受到機械軸承的限制，不存在機械磨損，降低了轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)過程中摩擦損耗，消除了因軸承潤滑劑帶來的污染，省去龐大的軸承潤滑、冷卻裝置，開關磁阻電機可以向更高的轉(zhuǎn)速和功率發(fā)展，提高了電機在高速大功率場合適用的能力。
[0008]2.本發(fā)明采用雙端對稱三自由度磁軸承結構，電機結構緊湊，縮短了電機軸向長度，增大轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，為磁軸承的推廣應用創(chuàng)造了有利條件。為提高開關功放性能，提出一種改進型三態(tài)采樣保持控制策略，繞組增加O續(xù)流狀態(tài)，引入三態(tài)法以后，電流紋波大小與直流母線電壓無關，因此可以在不增加電流紋波的情況下，通過提高直流母線電壓來提高電磁力的響應速度，同時磁拉力脈動減小，有效提高磁軸承系統(tǒng)的動態(tài)特性。
[0009]3.本發(fā)明是一種新型的開關磁阻電機位置傳感器故障檢測及容錯控制方法，保證電機能夠在高溫、多粉塵等極端惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行。
[0010]4.本發(fā)明采用的高速磁懸浮開關磁阻電機簡單堅固、性能可靠，具有高功率密度、高容錯性等特點，能夠適應高速、重載各種惡劣環(huán)境，工作轉(zhuǎn)速具有極寬的調(diào)節(jié)范圍。普通開關磁阻電機受到軸承限制，轉(zhuǎn)速和功率等級較低，適用范圍極為有限，高速磁懸浮開關磁阻電機能夠有效減少裝置體積重量、提高設備性能，在多電/全電飛機、起動/發(fā)電系統(tǒng)、微型發(fā)動機、分布式發(fā)電系統(tǒng)、不間斷電源(UPS)、高速車床主軸、電動/混合動力汽車、武器系統(tǒng)等關鍵領域具有非常廣闊的應用前景，對國民經(jīng)濟產(chǎn)生將極大的促進作用，對發(fā)展國防軍事、航空航天科技更是具有積極意義。
[0011]5.本發(fā)明將開關磁阻電機和磁軸承有機結合，采用雙端對稱三自由度磁軸承結構，對系統(tǒng)進行綜合設計，使電機轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮在定子中央，實現(xiàn)7.5Kw開關磁阻電機35000rpm穩(wěn)定懸浮運行,線速度達到141m/s。開關磁阻電機擺脫普通機械軸承的束縛。
[0012]【附圖說明】:
附圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
[0013]附圖2是附圖1的開關磁阻電機結構示意圖。
[0014]【具體實施方式】:
實施例1:
一種高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置，其組成包括:一組相互連接的永磁偏離軸向徑向磁軸承1，所述的永磁偏離軸向徑向磁軸承包括套筒5，所述的套筒內(nèi)裝有永磁環(huán)3，所述的永磁環(huán)內(nèi)部裝有開關磁阻電機2，所述的開關磁阻電機側(cè)面裝有徑向磁極4，所述的套筒一個端面裝有定子圓盤7，所述的定子圓盤內(nèi)部具有孔，所述的孔內(nèi)裝有軸向磁極6。
[0015]實施例2:
實施例1所述的高速磁懸浮開關動作磁阻檢測裝置，所述的