方向的懸浮力由繞組電流i zl提供，其中izl+為流入電流，i zl_為流出電流。
[0032]發(fā)電相分布如圖4所示，勵(lì)磁結(jié)束進(jìn)入發(fā)電階段，各繞組中勵(lì)磁電流幅值相同，此時(shí)定轉(zhuǎn)子凸極處于對(duì)齊位置，以逆時(shí)針為旋轉(zhuǎn)正方向，分別為繞組流入流出電流，所有轉(zhuǎn)子凸極3將產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)為負(fù)。
[0033]圖5是本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)A相繞組電感和電流隨轉(zhuǎn)子位置角變化曲線，A、B、C三相為空間對(duì)稱三相，懸浮發(fā)電過(guò)程同步，僅以A相為例說(shuō)明懸浮與發(fā)電過(guò)程。當(dāng)轉(zhuǎn)子位于區(qū)間I內(nèi)Θ e [-15°，15° ]時(shí)，A相作為懸浮相導(dǎo)通，此時(shí)A相電感位于底部平坦區(qū)域，由于圓盤(pán)部分磁路磁阻較小，圓盤(pán)提供徑向力的同時(shí)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，采用電流斬波或者PWM斬波等方法控制電流大小，可產(chǎn)生X方向的徑向力，同理B、C相可產(chǎn)生γ、z方向上的徑向力，三個(gè)方向的徑向力合成轉(zhuǎn)子懸浮所需任意方向的磁拉力。轉(zhuǎn)子位于區(qū)間II內(nèi)Θ e [15°，30° ]，A相電感位于上升區(qū)，為保證對(duì)稱勵(lì)磁，需要斬波控制A相繞組與B、C相繞組電流幅值相同，避免發(fā)電階段電流的不平衡導(dǎo)致懸浮力失穩(wěn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子位于區(qū)間III內(nèi)Θ e [30°，45° ]，A相作為發(fā)電相自然續(xù)流，其電感位于下降區(qū)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)釋放磁場(chǎng)儲(chǔ)能，轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)矩為負(fù)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，與此同時(shí)相鄰三相D、E、F作為懸浮相提供徑向懸浮力；隨著轉(zhuǎn)子位置角的變化，勵(lì)磁順序依次為ABC-DEF-ABC，實(shí)現(xiàn)整個(gè)周期內(nèi)懸浮發(fā)電平穩(wěn)運(yùn)行。
[0034]上述過(guò)程中，懸浮發(fā)電運(yùn)行時(shí)，電機(jī)每相繞組電流獨(dú)立控制，同一時(shí)刻只導(dǎo)通定子上互成120°分布且繞組電感處于平坦區(qū)和上升區(qū)的三相，控制繞組電流大小，吸引圓盤(pán)產(chǎn)生徑向懸浮力Fx、Fy、Fz,圓盤(pán)懸浮于氣隙磁場(chǎng)中，并為隨后的發(fā)電階段提供勵(lì)磁；勵(lì)磁階段結(jié)束前采用斬波控制三相繞組保持電流幅值相同，勵(lì)磁結(jié)束后繞組自然續(xù)流發(fā)電，通過(guò)轉(zhuǎn)子制動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化機(jī)械能并釋放磁場(chǎng)儲(chǔ)能；隨后進(jìn)入電感下降區(qū)續(xù)流發(fā)電，與此同時(shí)，其余三相繞組進(jìn)入電感平坦區(qū)域重復(fù)上述控制過(guò)程，實(shí)現(xiàn)發(fā)電相與懸浮相之間功能轉(zhuǎn)換，以此避免懸浮相與發(fā)電相電流耦合。
[0035]所述電機(jī)結(jié)構(gòu)使得每相電感有1/2周期位于底部平坦區(qū)域，1/4位于上升區(qū)域，1/4位于下降區(qū)域。發(fā)電運(yùn)行時(shí)，只導(dǎo)通幾何結(jié)構(gòu)上互成120°且電感處于平坦區(qū)和上升區(qū)的三相，每相獨(dú)立控制產(chǎn)生懸浮力并為發(fā)電階段繞組勵(lì)磁，剩余處于電感下降區(qū)三相則續(xù)流發(fā)電。該新型發(fā)電機(jī)集徑向磁軸承與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)于一體，轉(zhuǎn)子極制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，發(fā)電出力多，懸浮相電流對(duì)發(fā)電相電流影響小，徑向負(fù)載能力強(qiáng)。
[0036]本發(fā)明可根據(jù)電機(jī)徑向負(fù)載能力和發(fā)電功率要求，合理設(shè)計(jì)圓盤(pán)與凸極轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度，也可聯(lián)想設(shè)計(jì)同類型如8/4極混合轉(zhuǎn)子等結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步滿足懸浮發(fā)電性能要求，因而本發(fā)明對(duì)相似結(jié)構(gòu)的磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)均具有示范和參考價(jià)值。
[0037]應(yīng)理解上述施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種12/6極混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于:包括圓盤(pán)(I)，定子凸極(2)，轉(zhuǎn)子凸極(3)，繞組(4)，定子鐵心(5)，氣隙(6); 電機(jī)的轉(zhuǎn)子由圓盤(pán)⑴與轉(zhuǎn)子凸極⑶軸向疊加組成，圓盤(pán)⑴提供徑向力，轉(zhuǎn)子凸極(3)提供制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子鐵心徑向上等間隔分布6個(gè)轉(zhuǎn)子凸極(3)，電機(jī)的定子包括定子凸極(2)，繞組(4)，定子鐵心(5)，所述定子鐵心(5)上等間隔分布12個(gè)定子凸極(2)，所述轉(zhuǎn)子凸極(3)與定子凸極(2)的極寬相同，每個(gè)定子凸極(2)的定子齒上繞有一套繞組(4)，定子上間隔60°兩個(gè)齒極上的繞組串聯(lián)作為一相，共6相。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種12/6極混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述圓盤(pán)⑴的軸向厚度與轉(zhuǎn)子凸極⑶的軸向厚度之和為電機(jī)的軸向長(zhǎng)度，所述圓盤(pán)(I)的直徑與轉(zhuǎn)子凸極(3)外徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種12/6極混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述氣隙(6)介于電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間。
4.一種12/6極混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法，其特征在于: 步驟4.1，在繞組電感處于平坦區(qū)和上升區(qū)的位置，向定子上互成120°分布的三對(duì)繞組(4)通入電流進(jìn)行勵(lì)磁，分別控制每一對(duì)繞組(4)的電流大小，吸引圓盤(pán)(I)產(chǎn)生三個(gè)自由度方向上徑向懸浮力Fx、Fy、Fz； 步驟4.2，保持繞組(4)持續(xù)勵(lì)磁直至發(fā)電階段開(kāi)始，繞組(4)在電感最大位置處勵(lì)磁結(jié)束，勵(lì)磁結(jié)束前強(qiáng)迫控制繞組中的電流幅值相同，繞組電感進(jìn)入下降區(qū)開(kāi)始續(xù)流發(fā)電，勵(lì)磁結(jié)束同時(shí)導(dǎo)通定子上其余三對(duì)繞組(4)，分別控制此三對(duì)繞組的電流大小，重復(fù)步驟3.1勵(lì)磁過(guò)程； 步驟4.3，根據(jù)步驟3.1、步驟3.2交替對(duì)定子上的6相繞組(4)進(jìn)行換相勵(lì)磁，使得徑向懸浮力Fx、Fy、Fz維持圓盤(pán)懸浮于氣隙(6)磁場(chǎng)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種12/6極混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制方法，其特征在于:所述繞組電感處于平坦區(qū)和上升區(qū)的位置時(shí)，繞組電流產(chǎn)生的磁鏈通過(guò)圓盤(pán)(I)、定子凸極(2)、定子鐵心(5)形成閉合磁路；所述繞組電感進(jìn)入下降區(qū)時(shí)，繞組電流產(chǎn)生的磁鏈通過(guò)轉(zhuǎn)子凸極(3)、定子凸極(2)定子鐵心(5)形成閉合磁路。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種12/6極混合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)磁懸浮開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其控制方法，該發(fā)電機(jī)定子有12個(gè)齒極，每個(gè)定子齒極繞有一套繞組，轉(zhuǎn)子由6個(gè)齒極和一個(gè)圓盤(pán)軸向疊加而成，無(wú)繞組。所述發(fā)電機(jī)定子凸極極寬與轉(zhuǎn)子凸極極寬相同。所述結(jié)構(gòu)使得每相電感有1/2周期位于底部平坦區(qū)域，1/4位于上升區(qū)域，1/4位于下降區(qū)域。發(fā)電運(yùn)行時(shí)，只導(dǎo)通機(jī)械結(jié)構(gòu)互成120°且電感處于平坦區(qū)和上升區(qū)的三相，每相獨(dú)立控制產(chǎn)生懸浮力并為發(fā)電階段勵(lì)磁，剩余處于電感下降區(qū)三相則續(xù)流發(fā)電。該新型發(fā)電機(jī)集徑向磁軸承與開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)于一體，轉(zhuǎn)子極制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，發(fā)電出力多，懸浮相電流對(duì)發(fā)電相電流影響小，徑向負(fù)載能力強(qiáng)。
【IPC分類】H02K19-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104821698
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510188702
【發(fā)明人】孫玉坤, 楊凱
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日