永磁共励式磁悬浮开关磁阻电机的制作方法

本发明涉及开关磁阻电机，尤其是一种永磁共励式磁悬浮开关磁阻电机。

背景技术：

1、将磁悬浮功能集成到开关磁阻电机中，便构成了无需轴承支撑的开关磁阻电机。无轴承开关磁阻电机因集旋转与悬浮两功能于一体，不仅可有效解决高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题，还能进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性，从而强化其在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。

2、但是，现有技术中的无轴承开关磁阻电机为呈串励磁特性的电励磁电机，具有以下问题：

3、(1)功率密度较低，电机的输出特性差；

4、(2)传统的无轴承开关磁阻电机仅能实现两自由度径向悬浮运行，使用灵活性差；

5、(3)传统的无轴承开关磁阻电机转矩与悬浮力耦合严重，悬浮和旋转性能较差，且功率电路开关管需求量大，控制系统成本高；

6、上述技术问题严重制约了无轴承开关磁阻电机的发展。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的永磁共励式磁悬浮开关磁阻电机，通过设置永磁体，能够同时为转矩和悬浮力提供励磁磁通，转矩与悬浮力自然解耦且集成度高，能够实现径向两自由度悬浮或者轴向、径向三自由度悬浮的功能。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种永磁共励式磁悬浮开关磁阻电机，包括相互配合的定子结构和转子结构，所述转子结构配合安装于转轴的外圆周面上，所述定子结构包括：

4、径向定子单元，所述径向定子单元内设置有若干个径向悬浮齿和若干个边齿，每个边齿通过磁桥与相邻的径向悬浮齿连接，从而在边齿与径向悬浮齿之间形成安装空间，所述安装空间呈中心对称分布；

5、第一永磁体，呈扇形，镶嵌于安装空间内；

6、转矩线圈，缠绕于边齿上；

7、径向悬浮线圈，缠绕于径向悬浮齿上；

8、所述转子结构包括：

9、转子，所述转子采用凸极结构，转子的外侧壁面上均匀间隔设置有数个转子齿。

10、作为上述技术方案的进一步改进：

11、所述第一永磁体采用环向充磁方式，相邻两个第一永磁体之间的充磁方向相反；

12、空间上相隔180°的两个转矩线圈连接为一相转矩绕组，所述转矩绕组提供转矩，使得转子结构相对定子结构旋转；

13、空间上相隔180°的两个径向悬浮线圈连接为一组径向悬浮绕组，所述径向悬浮绕组提供径向悬浮力，使得所述开关磁阻电机具备径向两个方向悬浮的自由度；

14、所述第一永磁体同时为转矩和径向悬浮力提供励磁磁通。

15、每相转矩绕组励磁导通时，该相所属的两个转矩线圈中的电流在该相两个转矩线圈所绕的两个边齿上产生转矩控制磁通，与该相的两个边齿紧密相邻的两个第一永磁体分别在对应边齿上产生第一永磁磁通；

16、所述转矩控制磁通的方向与第一永磁磁通的方向相同，

17、一组径向悬浮绕组励磁导通时，产生第一径向控制磁通，所述第一径向控制磁通沿水平方向分布，该组径向悬浮绕组所属的两个径向悬浮齿上产生的第一径向控制磁通的极性相反；

18、另一组径向悬浮绕组励磁导通时，产生第二径向控制磁通，所述第二径向控制磁通沿竖直方向分布，该组径向悬浮绕组所属的两个径向悬浮齿上产生的第二径向控制磁通的极性相反。

19、所述径向定子单元包括一个四极定子和四个e型定子；

20、所述径向悬浮齿的数量设置为四个，均匀布置于四极定子的内侧壁上；

21、四个e型定子均匀布置于四极定子的内部，与四个径向悬浮齿交替布置，每个e型定子的外侧壁与四极定子的内侧壁之间留有间隙；

22、每个e型定子均呈e型结构，均包含一中间齿与两个边齿，每个中间齿与相邻两个边齿之间的夹角为22.5°，每个边齿与相邻的径向悬浮齿之间通过两个磁桥连接，每个磁桥均呈扇形薄片状，每个边齿与相邻的径向悬浮齿之间的夹角为22.5°。

23、所述转子的转子齿数量设置为14个，所述径向悬浮齿的极弧角与一个转子齿的极弧角相等，一个转子齿的极弧角为360°/14。

24、所述定子结构还包括轴向定子单元、第一轴向悬浮线圈、第二轴向悬浮线圈和若干个第二永磁体；

25、所述轴向定子单元包括：

26、定子导磁轭，呈圆柱状且内部中空，与径向定子单元同心安装，且安装于径向定子单元的外部，定子导磁轭的内侧壁与径向定子单元的外侧壁之间留有间隙，从而形成环状空间；

27、第一轴向定子，呈圆盘状，中部设置有呈圆环状的第一凸出部，固定于定子导磁轭的一端头；

28、第二轴向定子，呈圆盘状，中部设置有呈圆环状的第二凸出部，固定于定子导磁轭的另一端头；

29、所述第一轴向悬浮线圈缠绕于第一凸出部的外圆周面上；

30、所述第二轴向悬浮线圈缠绕于第二凸出部的外圆周面上；

31、若干个第二永磁体沿圆周均匀间隔固定于所述环状空间内。

32、所述第二永磁体采用径向充磁方式且充磁方向相同。

33、所述第一轴向悬浮线圈与第二轴向悬浮线圈串联成为一组轴向悬浮绕组。

34、所述轴向悬浮绕组励磁导通时，产生轴向控制磁通；

35、所述第一轴向悬浮线圈上产生的轴向控制磁通与第二轴向悬浮线圈上产生的轴向控制磁通的极性相反。

36、所述转子结构还包括转子导磁轭，所述转子导磁轭同心布置于转子的内部。

37、本发明的有益效果如下：

38、本发明提出了一种永磁共励式磁悬浮开关磁阻电机，通过设置径向悬浮线圈和轴向悬浮线圈，能够有效解决高速电机的轴承支撑问题，从而将磁悬浮功能集成到开关磁阻电机中成为磁悬浮开关磁阻电机；

39、本发明通过集旋转与悬浮两种功能于一体，能够有效解决传统电机中高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题；还能够进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性，从而强化本发明的开关磁阻电机在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。

40、本发明还包括以下优点：

41、(1)本发明中通过设置第一永磁体，在实现径向两自由度悬浮过程中，其能够同时为转矩和悬浮力提供励磁磁通，转矩-电流比大，悬浮力-电流比大。

42、(2)本发明中通过设置第二永磁体，在实现实现轴向、径向三自由度悬浮过程中，在第一永磁体同时为转矩和悬浮力提供励磁磁通的同时，第二永磁体能够同时为轴向悬浮力以及两个径向悬浮力提供励磁磁通，从而进一步增加电机的转矩-电流比与悬浮力-电流比，提高了电机性能。

43、(3)本发明的开关磁阻电机功率密度高，集成度高，轴向长度短，临界转速高。

44、(4)本发明的开关磁阻电机的转矩控制磁通与悬浮控制磁通(包括第一径向控制磁通、第二径向控制磁通与轴向控制磁通)相互隔离，无耦合，转矩和悬浮力在结构上自然解耦，无干扰。

45、(5)本发明中转矩控制磁通的磁路均为短磁路结构，能够减小定子结构中四极定子、e型定子和轴向定子单元的损耗，延长电机的使用寿命。