(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112436695 A(43)申请公布日 2021.03.02
(21)申请号 202011238693.X(22)申请日 2020.11.09
(71)申请人 南京航空航天大学
地址 211106 江苏省南京市江宁区将军大
道29号(72)发明人 于立 陈威 施于柯 张卓然 (74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237
代理人 苏一帜(51)Int.Cl.
H02K 16/00(2006.01)H02K 3/28(2006.01)H02K 1/24(2006.01)H02K 1/14(2006.01)H02P 23/04(2006.01)
权利要求书3页 说明书11页 附图8页
(54)发明名称
基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机及其控制方法(57)摘要
本发明实施例公开了一种基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机及其控制方法，涉及无轴承双凸机电机技术领域，能够抑制悬浮系统的悬浮力波动。本发明包括：并列结构电磁式无轴承双凸极电机采用三段式的结构，使第一转子铁心和第三转子铁心的α轴方向悬浮力与第二转子铁心α轴方向悬浮力互相抵消，使第一转子铁心、第二转子铁心、第三转子铁心、转子转轴形成的总体在α轴方向非偏心状态运行时不受α轴方向的悬浮力，使第一转子铁心和第三转子铁心的β轴方向悬浮力与第二转子铁心的β轴方向悬浮力互补，抵消第一转子铁心、第二转子铁心、第三转子铁心、转子转轴形成的总体在β轴方向的悬浮力波动。本发明适用于双凸极电机的悬浮系统。
CN 112436695 ACN 112436695 A
权 利 要 求 书
1/3页
1.一种基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，包括：第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)、第一定子铁心电枢绕组(4)、第二定子铁心电枢绕组(5)、第三定子铁心电枢绕组(6)、励磁绕组(7)、α轴方向悬浮绕组(8)、β轴方向悬浮绕组(9)、第一转子铁心(10)、第二转子铁心(11)、第三转子铁心(12)和转子转轴(13)；
第一转子铁心(10)、第三转子铁心(12)轴向长度各为第二转子铁心(11)轴向长度的一半；
第一定子铁心(1)、第三定子铁心(3)轴向长度各为第二定子铁心(2)轴向长度的一半，其中，在每一个定子铁心中，由定子齿极构成定子极，相邻定子极之间的间隙形成定子槽；
第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)和第三定子铁心(3)上各自绕有的电枢线圈，分别形成了第一定子铁心电枢绕组(4)、第二定子铁心电枢绕组(5)和第三定子铁心电枢绕组(6)；
所有励磁线圈依次串联构成励磁绕组(7)，每个励磁线圈均将第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)上的定子齿绕制在内；
每三个定子齿极构成的定子极上嵌绕有悬浮线圈，空间径向相对位置上的悬浮线圈连接后分别形成产生正交悬浮磁场的α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)；
α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)，各自也将第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)和第三定子铁心(3)的定子极都绕制在内。
2.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，每三个定子齿极构成的定子极上嵌绕有一套励磁线圈，每套励磁线圈绕制方式相同且每套励磁线圈分别具有第一连接端和第二连接端；
其中，第一套励磁线圈的第二连接端与顺时针方向的第二套励磁线圈的第二连接端串联，第二套励磁线圈的第一连接端再与其顺时针方向的第三套励磁线圈的第一连接端串联，第三套励磁线圈的第二连接端再与其顺时针方向的第四套励磁线圈的第二连接端串联，直至所有的励磁线圈完成串联。
3.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，第一转子铁心(10)、第二转子铁心(11)和第三转子铁心(12)中分别都加工出了转子齿极；
每一个转子铁心都由齿槽式铁心叠片构成。
4.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，在每一个转子铁心中都包括至少4个转子齿极，各个转子齿极以圆周方向错开45°机械角度的方式同轴连接。
5.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，第一定子铁心(1)与第一转子铁心(10)对应、第二定子铁心(2)与第二转子铁心(11)对应，第三定子铁心(3)与第三转子铁心(12)对应；
每一组定子铁心与转子铁心的位置关系，都为内转子或都为外转子关系。6.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，第一整流二极管(D1)和第四整流二极管(D4)串联，第二整流二极管(D2)和第五整流二极管(D5)串联，第三整流二极管(D3)和第六整流二极管(D6)串联，第七整流二极管(D7)和第十整流二极管(D10)串联，第八整流二极管(D8)和第十一整流二极管(D11)串联，第九整流二极管
2
CN 112436695 A
权 利 要 求 书
2/3页
(D9)和第十二整流二极管(D12)串联，第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)的阴极连接，第七整流二极管(D7)、第八整流二极管(D8)、第九整流二极管(D9)的阴极连接，第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)、第六整流二极管(D6)的阳极连接，第十整流二极管(D10)、第十一整流二极管(D11)、第十二整流二极管(D12)的阳极连接；
WA1、WB1、WC1三相第一定子铁心电枢绕组(4)的输出端，分别与WA3、WB3、WC3三相第三定子铁心电枢绕组(6)的输入端相连
WA3、WB3、WC3三相第三定子铁心电枢绕组(6)的输出端，分别与第一整流二极管(D1)的阳极、第二整流二极管(D2)的阳极、第三整流二极管(D3)的阳极连接；
WA2、WB2、WC2三相第二定子铁心电枢绕组(5)的输出端，分别与第七整流二极管(D7)的阳极、第八整流二极管(D8)的阳极、第九整流二极管(D9)的阳极连接。
7.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，励磁绕组(7)Wf的一端与直流励磁电压源Uf正极接，另一端与MOSFET开关管Q漏极连接，MOSFET开关管Q源极与直流励磁电压源Uf负极连接，续流二极管阴极与直流励磁电压源Uf正极连接，续流二极管阳极与MOSFET开关管Q的漏极连接。
8.根据权利要求1所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，α轴悬浮控制电路包括：
第一MOS管Q1和第二MOS管Q2串联，第三MOS管Q3和第四MOS管Q4串联，第一MOS管Q1漏极、第三MOS管Q3的漏极与直流电压源Uα的正极连接，第二MOS管Q2和第四MOS管Q4的源极与直流电压源Uα的负极连接，α轴方向悬浮绕组(8)Wα的两端分别与第一MOS管Q1的源极、第三MOS管Q3的源极连接；
β轴悬浮控制电路包括：
第五MOS管Q5和第六MOS管Q6串联，第七MOS管Q7和第八MOSQ8串联，第五MOS管Q5漏极、第七MOS管Q7的漏极与直流电压源Uβ的正极连接，第六MOS管Q6源极、第八MOS管Q8的源极与直流电压源Uβ的负极连接，β轴方向悬浮绕组(9)Wβ的两端分别与第五MOS管Q5的源极、第七MOS管Q7的源极连接。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，还包括一种控制方法，包括：
采集第一转子铁心(10)、第二转子铁心(11)和第三转子铁心(12)的实际位移和外部整流电路直流侧的实际电压；
将外部整流电路直流侧的实际电压与其参考值之差，输入励磁调节环节，并进行调制得到励磁电流参考值，之后调节励磁电流来跟踪所述励磁电流参考值；
将得到的转子的实际位移与其参考值之差，输入悬浮调节环节，并进行调制得到α轴方向悬浮电流参考值和β轴方向悬浮电流参考值，之后调节悬浮控制电路中开关器件的占空比，来跟踪α轴方向悬浮电流跟踪其参考值和β轴方向悬浮电流跟踪其参考值。
10.根据权利要求9所述的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，其特征在于，所述电磁式无轴承双凸极电机的外部整流电路为全桥不可控整流电路或零式不可控整流电路；
所述电磁式无轴承双凸极电机的外部励磁控制电路为单管斩波电路或不对称半桥电
3
CN 112436695 A
权 利 要 求 书
3/3页
路；
所述电磁式无轴承双凸极电机的悬浮控制电路为全桥逆变电路。
4
CN 112436695 A
说 明 书
1/11页
基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及无轴承凸机电机技术领域，尤其涉及一种基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机及其控制方法。
背景技术
[0002]机械轴承的发热和磨损，是电机在高速运行时不可回避的问题，这一问题会缩短轴承的寿命，影响电机的正常运行，限制了开关磁阻电机在高速运行方面的优势。于是出现了磁轴承技术，相比于机械轴承，磁轴承通过悬浮磁力为转子提供支持力，在使电机在没有定转子接触的情况下正常运行，这一技术无需润滑，使用寿命长，且可承受较高转速。[0003]但是磁轴承在每个方向都需要单独控制悬浮电流，所需功率器件多，且控制难度较大，同时磁轴承增加了电机的轴向长度，使电极结构变得复杂，增加了成本，降低了电机的功率密度，同时开关磁阻类电机由于本身结构原因，定转子间的径向力较大，且呈现出脉振特点，严重影响磁悬浮系统稳定运行。
[0004]无轴承电机是将磁轴承功能与驱动或发电功能集成一体的新型电机，具有空间利用率高，结构紧凑等特点，通过调节悬浮电流，主动控制电机极间径向电磁力，提高了电机高速运行可靠性，提高了功率密度及效率。然而无轴承开关磁阻电机转矩和悬浮力存在非线性耦合，增加了系统实现难度。[0005]目前的方案中，采用转矩与悬浮力解耦的双凸极电机结构，电机利用绕制在定子极上的励磁绕组实现电机的励磁省去了永磁体以简化结构，同时提供偏置磁场，采用独立悬浮绕组控制悬浮力避免了非线性耦合问题，但是其悬浮力由于本身结构的缺陷，存在α轴方向的悬浮力与β轴方向的悬浮力会产生耦合，在实现悬浮时α轴方向即使不加入悬浮电流，也会由耦合产生悬浮力，带来较大的悬浮力波动。这都对对悬浮系统的稳定性，可控性，以及转子安全性带来极大挑战。
发明内容
[0006]本发明的实施例提供一种基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机及其控制方法，能够抑制悬浮系统的悬浮力波动。[0007]为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：[0008]在目前已存在的方案中，虽然能够实现电机输出与悬浮之间的相互解耦，但是其悬浮力本身存在着耦合问题，在转子旋转的大部分状态，α轴方向的悬浮力会因为耦合有很大的脉动，同时，β轴方向的悬浮力也有波动，对悬浮系统的稳定性，可控性，以及转子安全性带来极大挑战。
[0009]本实施例的设计思路即在于解决上述背景技术的不足，消除了第一转子铁心、第二转子铁心、第三转子铁心、转子转轴形成的总体受到的来自于β轴方向悬浮力耦合引起的α轴方向的悬浮力，并抑制了第一转子铁心、第二转子铁心、第三转子铁心、转子转轴形成的总体受到的β轴方向悬浮力的波动，本例使用三段并列结构的、12/4极的、转子为极弧系数
5
CN 112436695 A
说 明 书
2/11页
为0.5的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机。以分析第一转子铁心的α轴方向受力情况为例，假设第一转子铁心按沿着从第一定子铁心的A相定子齿到最近的第一定子铁心的B相定子齿到最近的第一定子铁心的C相定子齿的圆周方向旋转，以第一转子铁心的转子齿只与第一定子铁心的A相定子齿重叠为初始位置，从第一定子铁心的B相定子齿开始与第一转子铁心的转子齿重叠开始，到第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的B相定子齿，由于与产生耦合悬浮力的第一定子铁心的B相定子齿重叠面积原来越大，第一转子铁心受到的在α轴方向耦合的悬浮力处于不断上升状态，且悬浮力大小与重叠面积近似为正比的线性关系；从第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠开始，到第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的B相定子齿，由于第一转子铁心与产生α轴方向耦合悬浮力的第一定子铁心的B相定子齿重叠面积不变，第一转子铁心在α轴方向受到的悬浮力为定值；从第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始重叠开始，到第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的B相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一定子铁心的C相定子齿在α轴方向产生的耦合悬浮力与第一定子铁心的B相定子齿在α轴方向产生的耦合悬浮力方向相反，第一转子铁心受到由耦合产生的α轴方向悬浮力下降；从第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠开始，到第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全不重合为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的B相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心重合的面积不变，而第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心重叠的面积不断减少，第一转子铁心受到的在α轴方向耦合的悬浮力又处于不断上升状态，方向与之前相反；从第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全不重合开始，到第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始不重合为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为A相、C相，由于第一转子铁心与产生耦合悬浮力的第一定子铁心的C相定子齿重叠面积不变，第一转子铁心在α轴方向受到的悬浮力为定值；从第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始不重合开始，到第一定子铁心的B相定子齿开始与第一转子铁心的转子齿重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一转子铁心与产生耦合悬浮力的第一定子铁心的C相定子齿重合面积越来越小，所以电机受到的α轴方向的耦合悬浮力越来越小，并且到此时，一整个电周期完成。再使用三段并列式结构，将第二转子铁心与第一转子铁心、第三转子铁心错开45°的机械角度，使第一转子铁心、第三转子铁心在α轴方向受到的耦合悬浮力的方向始终与第二转子铁心相反，且第一转子铁心、第三转子铁心受到的α轴方向耦合的悬浮力幅值各为第二转子铁心受到的α轴方向耦合的悬浮力幅值的一半，以此消除了第一定子铁心、第二定子铁心、第三定子铁心形成的总体受到的由耦合产生的α轴方向悬浮力。
[0010]当分析第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心中任意一个的β轴方向受力情况时，以第一转子铁心为例，假设第一转子铁心按沿着从第一定子铁心的A相定子齿到最近的第一定子铁心的B相定子齿到最近的第一定子铁心的C相定子齿的圆周方向旋转，以第一
6
CN 112436695 A
说 明 书
3/11页
转子铁心的转子齿只与第一定子铁心的A相定子齿重叠为初始位置，从第一定子铁心的B相定子齿开始与第一转子铁心的转子齿重叠开始，到第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的B相定子齿，由于与第一定子铁心的B相定子齿重叠面积原来越大，第一转子铁心受到的在β轴方向的悬浮力处于不断增大状态，且悬浮力大小与重叠面积近似为正比的线性关系；从第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠开始，到第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的B相定子齿，由于第一转子铁心与产生β轴方向悬浮力的第一定子铁心的B相定子齿重叠面积不变，与第一定子铁心的A相定子齿的重叠面积不断减小，所以第一转子铁心在β轴方向受到的悬浮力不断减小；从第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始重叠开始，到第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的B相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一转子铁心与产生β轴方向悬浮力的第一定子铁心的B相定子齿重叠面积不变，与第一定子铁心的C相定子齿的重叠面积不断增大，所以第一转子铁心在β轴方向受到的悬浮力不断增大；从第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全重叠开始，到第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全不重合为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的B相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心重合的面积不变，而第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心重叠的面积不断减少，第一转子铁心受到的在β轴方向的悬浮力不断下降；从第一定子铁心的B相定子齿与第一转子铁心的转子齿完全不重合开始，第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始不重合为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一转子铁心与产生悬浮力的第一定子铁心的C相定子齿重叠面积不变，与第一定子铁心的A相定子齿的重叠面积不断增大，所以第一转子铁心受到的悬浮力不断增大；从第一定子铁心的C相定子齿与第一转子铁心的转子齿开始不重合开始，到第一定子铁心的B相定子齿开始与第一转子铁心的转子齿重叠为止，与第一转子铁心的转子齿重合的定子齿为第一定子铁心的A相定子齿、第一定子铁心的C相定子齿，由于第一转子铁心的与产生β轴悬方向浮力的第一定子铁心的C相定子齿重合面积越来越小，所以第一转子铁心受到的β轴方向的悬浮力越来越小，并且到此时，一整个电周期完成。再使用三段并列式结构，将第二转子铁心与第一转子铁心、第三转子铁心错开45°的机械角度，使第一转子铁心、第三转子铁心在β轴方向受到的悬浮力上升时第二转子铁心在β轴方向受到的悬浮力下降，且第一转子铁心、第三转子铁心受到的悬浮力上升的幅值各为第二转子铁心受到的悬浮力下降的幅值的一半，以此使第一定子铁心、第二定子铁心、第三定子铁心形成的总体受到的β轴方向的悬浮力不再波动。解决了第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心在α轴方向的悬浮力会受到来自β轴方向悬浮力的耦合，β轴方向悬浮力由于悬浮力来源于不同定子齿有较大波动，悬浮系统控制困难，且悬浮不稳定的技术问题。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：并列结构电磁式无轴承双凸极电机采用12/4极的双凸极结构，包括：第一定子铁心、第二定子铁心，第三定子铁心、第一转子铁心、第二转子铁心、第三转子铁心、第一定子铁心电枢绕组，第二定子铁心电枢绕组，第三定子铁心电枢绕组，
7
CN 112436695 A
说 明 书
4/11页
励磁绕组，α轴方向悬浮绕组，β轴方向悬浮绕组。第一转子铁心、第三转子铁心轴向长度各为第二转子铁心轴向长度的一半，第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心都包括数个转子齿极，以圆周方向错开45°机械角度的方式同轴连接；第一转子铁心、第三转子铁心轴向长度各为第二转子铁心轴向长度的一半，第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心都包括由若干定子齿极构成的数个定子极，相邻定子极之间的间隙形成定子槽；第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心的定子齿极上绕有的电枢线圈按其匝链磁通变化规律相同的原则相连后形成第一定子铁心电枢绕组，第二定子铁心电枢绕组，第三定子铁心电枢绕组；第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心的三个定子齿极构成的定子极上嵌绕有励磁线圈，各套励磁线圈将第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心的定子齿极全部绕制在内，每套励磁线圈绕制方式相同且每套励磁线圈分别具有第一连接端和第二连接端，以第一套励磁线圈的第二连接端与顺时针方向的第二套励磁线圈的第二连接端串联，第二套励磁线圈的第一连接端再与其顺时针方向的第三套励磁线圈的第一连接端串联，第三套励磁线圈的第二连接端再与其顺时针方向的第四套励磁线圈的第二连接端串联，所有励磁线圈依次串联构成励磁绕组，第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心的三个定子齿极构成的定子极上嵌绕有悬浮线圈，各套悬浮线圈将第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心的定子齿极全部绕制在内，空间径向相对位置上的悬浮线圈连接后分别形成产生正交悬浮磁场的α轴方向悬浮绕组和β轴方向悬浮绕组。[0011]基于上述电机结构，在具体应用的控制方法中，第一定子铁心电枢绕组，第二定子铁心电枢绕组，第三定子铁心电枢绕组与相应外部整流电路连接，每段励磁绕组与相应外部励磁控制电路连接，α轴方向悬浮绕组和β轴方向悬浮绕组与悬浮控制电路连接，控制过程具体如下：
[0012]检测第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心实际位移、外部整流电路直流侧的实际电压；采用励磁调节环节对外部整流电路直流侧的实际电压与其参考值之差进行调制得到励磁电流参考值，调节外部励磁控制电路中开关器件的占空比以实现励磁电流跟踪其参考值；采用悬浮调节环节对第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心实际位移与其参考值之差进行调制得到α轴方向悬浮电流参考值、β轴方向悬浮电流参考值，调节悬浮控制电路中开关器件的占空比以实现α轴方向悬浮电流跟踪其参考值、β轴方向悬浮电流跟踪其参考值。
[0013]本实施例的大致效果在于：α轴方向由耦合产生的悬浮力由于三段式结构，为第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心分别所受α轴方向耦合悬浮力之和，又由于转子角度的差异，第一转子铁心，第三转子铁心的α轴方向耦合悬浮力与第二转子铁心α轴方向耦合悬浮力抵消，使第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心，转子转轴形成的总体在α轴方向受到的因耦合引起的悬浮力为零。而β轴方向的悬浮力由于三段式结构，为第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心分别所受β轴方向耦合悬浮力之和，第一转子铁心，第三转子铁心的β轴方向悬浮力与第二转子铁心的β轴方向悬浮力相加，又由于转子角度的差异，使第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心，转子转轴形成的总体β轴方向的悬浮力不再波动。从而实现了抑制悬浮系统的悬浮力波动的效果。
8
CN 112436695 A
说 明 书
5/11页
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0015]图1为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机的结构示意图；[0016]图2为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机中第一定子铁心电枢绕组或第二定子铁心电枢绕组或第三定子铁心电枢绕组的绕线示意图；[0017]图3为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心共用的励磁绕组、α轴方向悬浮绕组、β轴方向悬浮绕组绕线结构示意图；
[0018]图4为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机的由第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心，转子转轴形成的总体的结构示意图；[0019]图5(a)至图5(d)分别为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机外部整流电路、励磁控制电路、α轴悬浮控制电路、β轴悬浮控制电路的示意图；[0020]图6为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机的第一转子铁心或第二转子铁心或第三转子铁心中处于0°时的磁通方向示意图；[0021]图7为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机转子第一转子铁心、第三转子铁心在β轴方向受到的合力、第二转子铁心在β轴方向受到的力，与三段转子总体受到的合力随转子位置角变化曲线示意图；[0022]图8为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机转子第一转子铁心、第三转子铁心在α轴方向受到的合力、第二转子铁心在α轴方向受到的力，与三段转子总体受到的合力随转子位置角变化曲线示意图；[0023]图9为本发明实施例提供的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机的控制框图；[0024]图中各标号分别表示：1、第一定子铁心；2、第二定子铁心；3、第三定子铁心；4、第一定子铁心电枢绕组；5、第二定子铁心电枢绕组；6、第三定子铁心电枢绕组；7、励磁绕组；8、α轴方向悬浮绕组；9、β轴方向悬浮绕组；10、第一转子铁心；11、第二转子铁心；12、第三转子铁心；13、转子转轴；14、通正方向励磁电流时励磁绕组产生的励磁磁通；15、通正方向悬浮电流时悬浮绕组产生的悬浮磁通；D1-D12为外部整流电路第一至第十二整流二极管；Q为MOSFET开关管；Q1-Q8为第一MOS管至第八MOS管；D13为励磁控制电路续流二极管；A1,B1,C1,A3,B3,C3为两段端部电机的电枢绕组；A2,B2,C2为中间部电机的电枢绕组。具体实施方式
[0025]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书
9
CN 112436695 A
说 明 书
6/11页
中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0026]本实施例中所设计的电磁式无轴承双凸极电机的大致结构特点为：如图1所示的，三相12/4结构的并列结构电磁式无轴承双凸极电机仅为本发明的一个实施例，本发明的技术方案亦适用于12n/4n的三相结构或16n/6n的四相结构，n为正整数。图1中，第一转子铁心(1)，第二转子铁心(2)，第三转子铁心(3)各位于第一定子铁心(1)，第二定子铁心(2)，第三定子铁心(3)内的并列结构电磁式无轴承双凸极电机结构，本发明的技术方案包括第一定子铁心(1)与第一转子铁心(10)的位置关系为内转子或都为外转子关系，第二定子铁心(2)与第二转子铁心(11)的位置关系为内转子或都为外转子关系，第三定子铁心(3)与第三转子铁心(12)的位置关系为内转子或都为外转子关系的所有并列结构电磁式无轴承双凸极电机结构。
[0027]由于并列结构电磁式无轴承双凸极电机，采用三段并列结构的、12/4极的、宽转子极双凸极结构，采用上述结构的本实施例中的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机，也可以称为三段式双凸极电机。具体的：[0028]第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)、第一定子铁心电枢绕组(4)、第二定子铁心电枢绕组(5)、第三定子铁心电枢绕组(6)、励磁绕组(7)、α轴方向悬浮绕组(8)、β轴方向悬浮绕组(9)、第一转子铁心(10)、第二转子铁心(11)、第三转子铁心(12)和转子转轴(13)。其中，α轴为直角坐标系中的横轴，β轴为直角坐标系中的纵轴，第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)分别包括12个齿极，每3个齿极构成一个定子极，相邻定子极之间的间隙形成定子槽，第一定子铁心(1)，第三定子铁心(3)的轴向长度各为第二定子铁心(2)轴向长度的一半。[0029]第一转子铁心(10)、第三转子铁心(12)轴向长度各为第二转子铁心(11)轴向长度的一半。第一定子铁心(1)、第三定子铁心(3)轴向长度各为第二定子铁心(2)轴向长度的一半。其中，第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)都包括由若干定子齿极构成的数个定子极，相邻定子极之间的间隙形成定子槽。在每一个定子铁心中，由定子齿极构成定子极，相邻定子极之间的间隙形成定子槽。[0030]第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)和第三定子铁心(3)上各自绕有的电枢线圈，按匝链磁通变化规律相同的原则相连后，分别形成了第一定子铁心电枢绕组(4)、第二定子铁心电枢绕组(5)和第三定子铁心电枢绕组(6)。所有励磁线圈依次串联构成励磁绕组(7)，每个励磁线圈均将第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)上的定子齿绕制在内。即，第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)共用一套位于第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)上的励磁绕组(7)。
10
CN 112436695 A[0031]
说 明 书
7/11页
每三个定子齿极构成的定子极上嵌绕有悬浮线圈，空间径向相对位置上的悬浮线
圈连接后分别形成产生正交悬浮磁场的α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)。[0032]α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)，各自也将第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)和第三定子铁心(3)的定子极都绕制在内。即，第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)共用位于第一定子铁心(1)、第二定子铁心(2)、第三定子铁心(3)上的α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)各一套。[0033]本实施例中，每三个定子齿极构成的定子极上嵌绕有一套励磁线圈，每套励磁线圈绕制方式相同且每套励磁线圈分别具有第一连接端和第二连接端。其中，第一套励磁线圈的第二连接端与顺时针方向的第二套励磁线圈的第二连接端串联，第二套励磁线圈的第一连接端再与其顺时针方向的第三套励磁线圈的第一连接端串联，第三套励磁线圈的第二连接端再与其顺时针方向的第四套励磁线圈的第二连接端串联，直至所有的励磁线圈完成串联。例如：图2为第一定子铁心电枢绕组(4)或第二定子铁心电枢绕组(5)或第三定子铁心电枢绕组(6)的绕线图，第一定子铁心(1)，第二定子铁心(2)，第三定子铁心(3)的每个定子齿极上都绕有电枢线圈，按其匝链的磁通变化规律相同原则，按照图2所示的接线，依次串联，分别构成第一定子铁心电枢绕组(4)、第二定子铁心电枢绕组(5)、第三定子铁心电枢绕组(6)。图中标出了第一定子铁心电枢绕组(4)或第二定子铁心电枢绕组(5)或第三定子铁心电枢绕组(6)的三相，每相有两个出线端，第一定子铁心电枢绕组(4)，第二定子铁心电枢绕组(5)，第三定子铁心电枢(6)绕组三者总共十八个出线端，分别为：A1,X1,B1,Y1,C1,Z1,A2,X2,B2,Y2,C2,Z2,A3,X3,B3,Y3,C3,Z3，其中，A1,B1,C1,A2,B2,C2,C1,C2,C3为同名端。[0034]进一步如图3所示的，定子槽中嵌有第一定子铁心(1)，第二定子铁心(2)，第三定子铁心(3)共用的，绕在定子极上的励磁线圈，按照图2所示的接线依次串联构成励磁绕组(7)：每套励磁线圈绕制方式相同，共有两个连接端，分别为第一连接端和第二连接端，以某套励磁线圈Wf1的第一连接端为一出线端，其第二连接端与顺(逆)时针方向的下一套励磁线圈Wf2的第二连接端串联，Wf2的第一连接端再与其顺(逆)时针方向的下一套励磁线圈Wf3的第一连接端串联，依照此规律，第一连接端与第一连接端串联，第二连接端与第二连接端串联，按顺(逆)时针方向将所有励磁线圈依次串联，构成励磁绕组(7)，最后一套励磁线圈的第一连接端作为另一出线端，励磁绕组(7)共有两个出线端Wf+、Wf-，励磁绕组7两个出线端与外部励磁控制电路连接。定子槽中嵌有第一定子铁心(1)，第二定子铁心(2)，第三定子铁心(3)共用的，绕在定子极上的α轴方向悬浮绕组(8)与β轴方向悬浮绕组(9)，其中空间径向相对位置上的两套悬浮线圈如图2所示串联，分别构成产生正交悬浮磁场的α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)，α轴方向悬浮绕组(8)共有两个出线端Wα+和Wα-分别和α轴悬浮控制电路连接，β轴方向悬浮绕组(9)共有两个出线端Wβ+和Wβ-分别和β轴悬浮控制电路连接。
[0035]本实施例中，第一转子铁心(10)、第二转子铁心(11)和第三转子铁心(12)中分别都加工出了转子齿极。每一个转子铁心都由齿槽式铁心叠片构成。具体的，在每一个转子铁心中都包括至少4个转子齿极，各个转子齿极以圆周方向错开45°机械角度的方式同轴连接。例如图4所示，第一定子铁心(10)、第二转子铁心(11)、第三转子铁心(12)，由齿槽式铁心叠片构成，第一定子铁心(10)，第三转子铁心(12)的轴向长度各为第二转子铁心(11)的轴向长度的一半，第一转子铁心(10)，第三转子铁心(12)的轴向视图是重合的，并与第二转
11
CN 112436695 A
说 明 书
8/11页
子铁心11的轴向视图在圆周上差距了45°的旋转角度。[0036]本实施例中，第一定子铁心(1)与第一转子铁心(10)对应、第二定子铁心(2)与第二转子铁心(11)对应，第三定子铁心(3)与第三转子铁心(12)对应。每一组定子铁心与转子铁心的位置关系，都为内转子或都为外转子关系。具体的，第一定子铁心(1)与第一转子铁心(10)的位置关系为内转子或都为外转子关系，第二定子铁心(2)与第二转子铁心(11)的位置关系为内转子或都为外转子关系，第三定子铁心(3)与第三转子铁心(12)的位置关系为内转子或都为外转子关系。
[0037]在本实施例的电路设计中，具体可以采用如图5(a)至图5(d)所示的，并列结构电磁式无轴承双凸极电机的外部整流电路、外部励磁控制电路、α轴悬浮控制电路、β轴悬浮控制电路。其中，图5(a)采用全桥不控整流电路对第一定子铁心电枢绕组(4)、第二定子铁心电枢绕组(5)、第三定子铁心电枢绕组(6)上产生的交流电进行整流：第一整流二极管(D1)和第四整流二极管(D4)串联，第二整流二极管(D2)和第五整流二极管(D5)串联，第三整流二极管(D3)和第六整流二极管(D6)串联，第七整流二极管(D7)和第十整流二极管(D10)串联，第八整流二极管(D8)和第十一整流二极管(D11)串联，第九整流二极管(D9)和第十二整流二极管(D12)串联，第一整流二极管(D1)、第二整流二极管(D2)、第三整流二极管(D3)的阴极连接，第七整流二极管(D7)、第八整流二极管(D8)、第九整流二极管(D9)的阴极连接，第四整流二极管(D4)、第五整流二极管(D5)、第六整流二极管(D6)的阳极连接，第十整流二极管(D10)、第十一整流二极管(D11)、第十二整流二极管(D12)的阳极连接。[0038]WA1、WB1、WC1三相第一定子铁心电枢绕组(4)的输出端，分别与WA3、WB3、WC3三相第三定子铁心电枢绕组(6)的输入端相连。WA3、WB3、WC3三相第三定子铁心电枢绕组(6)的输出端，分别与第一整流二极管(D1)的阳极、第二整流二极管(D2)的阳极、第三整流二极管(D3)的阳极连接。WA2、WB2、WC2三相第二定子铁心电枢绕组(5)的输出端，分别与第七整流二极管(D7)的阳极、第八整流二极管(D8)的阳极、第九整流二极管(D9)的阳极连接。还可以采用零式不可控整流电路作为外部整流电路。[0039]其中，如图5(b)所示的外部励磁控制电路：励磁绕组(7)Wf的一端与直流励磁电压源Uf正极接，另一端与MOSFET开关管Q漏极连接，MOSFET开关管Q源极与直流励磁电压源Uf负极连接，续流二极管阴极与直流励磁电压源Uf正极连接，续流二极管阳极与MOSFET开关管Q的漏极连接。还可以采用不对称半桥电路作为外部励磁控制电路。[0040]其中，如图5(c)所示的，α轴悬浮控制电路包括：第一MOS管Q1和第二MOS管Q2串联，第三MOS管Q3和第四MOS管Q4串联，第一MOS管Q1漏极、第三MOS管Q3的漏极与直流电压源Uα的正极连接，第二MOS管Q2和第四MOS管Q4的源极与直流电压源Uα的负极连接，α轴方向悬浮绕组(8)Wα的两端分别与第一MOS管Q1的源极、第三MOS管Q3的源极连接。[0041]如图5(d)所示的，β轴悬浮控制电路包括：第五MOS管Q5和第六MOS管Q6串联，第七MOS管Q7和第八MOSQ8串联，第五MOS管Q5漏极、第七MOS管Q7的漏极与直流电压源Uβ的正极连接，第六MOS管Q6源极、第八MOS管Q8的源极与直流电压源Uβ的负极连接，β轴方向悬浮绕组(9)Wβ的两端分别与第五MOS管Q5的源极、第七MOS管Q7的源极连接。[0042]具体举例来说，如图6所示的，第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)在0度时，通正方向励磁电流时励磁绕组(7)产生的励磁磁通(14)和通正方向悬浮电流时α轴方向悬浮绕组(8)，β轴方向悬浮绕组(9)产生的悬浮磁通(15)的示意图，其中，励
12
CN 112436695 A
说 明 书
9/11页
磁绕组(7)和β轴方向悬浮绕组(9)中的电流方向如图5所示。β轴方向悬浮绕组(9)通电后在上部气隙处产生的悬浮磁通(15)与励磁磁通(14)方向相同，在下部气隙处产生的悬浮磁通(15)与励磁磁通(14)方向相反，造成气隙磁场在β轴方向不相等。根据该时刻的气隙磁场分布情况可知，第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)上侧的气隙磁场比下侧的气隙磁场强，因此第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)将受到垂直向上的悬浮力，抵消第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)β轴方向受力并控制第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)的β轴方向位置。当β轴方向悬浮绕组(9)中的悬浮电流增加时，第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)在β轴方向受到的悬浮力增加，当β轴方向悬浮绕组(9)中的悬浮电流反向，第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)在β轴方向受到的悬浮力反向。同理，通过控制α轴方向悬浮绕组(8)中的悬浮电流大小和方向，可以控制第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)在α轴方向的悬浮力的大小和方向。可见，通过控制α轴方向悬浮绕组(8)和β轴方向悬浮绕组(9)中电流的大小和方向可以控制所产生的悬浮力的大小与方向，从而使第一转子铁心(10)或第二转子铁心(11)或第三转子铁心(12)稳定悬浮。
[0043]在本实施例提供的基于并列结构的电磁式无轴承双凸极电机的基础上，还提供一种控制方法。具体的，第一定子铁心电枢绕组(4)，第三定子铁心电枢绕组(6)串联之后，其输出端与对应的外部整流电路的输入端连接，第二定子铁心电枢绕组(5)的输出端与对应的外部整流电路的输入端连接，两组外部整流电路的输出端并联，励磁绕组(7)与外部励磁控制电路连接，α轴方向悬浮绕组(8)β轴方向悬浮绕组(9)与悬浮控制电路连接，具体控制过程如下：[0044]S1、采集第一转子铁心(10)、第二转子铁心(11)和第三转子铁心(12)的实际位移和外部整流电路直流侧的实际电压。[0045]S2、将外部整流电路直流侧的实际电压与其参考值之差，输入励磁调节环节，并进行调制得到励磁电流参考值，之后调节励磁电流来跟踪所述励磁电流参考值。调节外部励磁控制电路中开关器件的占空比以实现励磁电流跟踪其励磁电流参考值。本实施例中的励磁调节环节、悬浮调节环节可以采用PID控制器实现，PID控制器的应用方式可以采用目前已有的手段，对比PID控制器以及PID控制器本身的应用手段，本实施例中不做限定。[0046]S3、将得到的转子的实际位移与其参考值之差，输入悬浮调节环节，并进行调制得到α轴方向悬浮电流参考值和β轴方向悬浮电流参考值，之后调节悬浮控制电路中开关器件的占空比，来跟踪α轴方向悬浮电流跟踪其参考值和β轴方向悬浮电流跟踪其参考值。以实现α轴方向悬浮电流跟踪其参考值、β轴方向悬浮电流跟踪其参考值。[0047]在本实施例中，所述电磁式无轴承双凸极电机的外部整流电路为全桥不可控整流电路或零式不可控整流电路。所述电磁式无轴承双凸极电机的外部励磁控制电路为单管斩波电路或不对称半桥电路。所述电磁式无轴承双凸极电机的悬浮控制电路为全桥逆变电路。
[0048]具体来说，并列结构电磁式无轴承双凸极电机基本控制方法是：通过α轴方向的径向位移传感器检测所述并列结构电磁式无轴承双凸极电机第一转子铁心(10)，第二转子铁心(11)，第三转子铁心(12)，转子转轴(13)形成的总体的位置得到α轴方向第一转子铁心
13
CN 112436695 A
说 明 书
10/11页
(10)，第二转子铁心(11)，第三转子铁心(12)，转子转轴(13)形成的总体的实际位移，通过β轴方向的径向位移传感器检测所述并列结构电磁式无轴承双凸极电机第一转子铁心(10)，第二转子铁心(11)，第三转子铁心(12)，转子转轴(13)形成的总体的位置得到β轴方向第一转子铁心(10)，第二转子铁心(11)，第三转子铁心(12)，转子转轴(13)形成的总体的实际位移，检测所述并列结构电磁式无轴承双凸极电机电枢绕组(7)经过整流电路后的直流侧实际电压Uodc，其中，β轴为直角坐标系中的纵轴，α轴为直角坐标系中的横轴。将给定的并列结构电磁式无轴承双凸极电机α轴方向参考位移与α轴方向第一转子铁心(10)，第二转子铁心(11)，第三转子铁心(12)，转子转轴(13)形成的总体的实际位移之差经过α轴悬浮PID调节环节调制得到电磁式无轴承双凸极电机α轴方向悬浮绕组(8)控制电流(即为α轴方向悬浮电流参考值)，将给定的电磁式无轴承双凸极电机β轴方向参考位移与β轴方向第一转子铁心(10)，第二转子铁心(11)，第三转子铁心(12)，转子转轴(13)形成的总体的实际位移之差经过β轴悬浮PID调节环节调制得到并列结构电磁式无轴承双凸极电机β轴方向悬浮绕组(9)控制电流(即为β轴方向悬浮电流参考值)，给定的并列结构电磁式无轴承双凸极电机电枢绕组经过外部整流电路后的直流侧参考电压Uodc*与电磁式无轴承双凸极电机电枢绕组经过外部整流电路后的直流侧实际电压Uodc之差经过励磁PID调节环节调节得到励磁控制电流If*(即为励磁电流参考值)。通过调节外部励磁控制电路中的开关管占空比，调节励磁绕组中的实际励磁电流，达到控制输出电压的目的。调节α轴悬浮控制电路和β轴悬浮控制电路中的开关管占空比，调节α轴方向悬浮绕组和β轴方向悬浮绕组中的实际悬浮电流，如图6所示效果，增大悬浮磁场或者减小励磁磁场，达到控制径向悬浮力的目的。[0049]在目前已存在的方案中，采用转矩与悬浮力解耦的双凸极电机结构，电机利用绕制在定子极上的励磁绕组实现电机的励磁省去了永磁体以简化结构，同时提供偏置磁场，采用独立悬浮绕组控制悬浮力避免了非线性耦合问题，但是其悬浮力由于本身结构的缺陷，存在α轴方向的悬浮力与β轴方向的悬浮力会产生耦合，在实现悬浮时α轴方向即使不加入悬浮电流，也会由耦合产生悬浮力，带来较大的悬浮力波动，例如：CN201510360500.0公开了一种电磁式无轴承双凸极电机及其控制方法，该方法能够实现电机输出与悬浮之间的相互解耦，但是其悬浮力本身存在着耦合问题，在转子旋转的大部分状态，α轴方向的悬浮力会因为耦合有很大的脉动，同时，β轴方向的悬浮力也有波动，对悬浮系统的稳定性，可控性，以及转子安全性带来极大挑战。[0050]本实施例在实际应用中，至少具有以下有益效果：[0051](1)并列结构电磁式无轴承双凸极电机利用绕制在第一定子铁心，第二定子铁心，第三定子铁心上的励磁绕组实现并列结构电磁式无轴承双凸极电机的励磁省去了永磁体以简化结构，同时提供偏置磁场，采用α轴方向悬浮绕组与β轴方向悬浮绕组控制悬浮力避免了非线性耦合问题，本发明公开的并列结构电磁式无轴承双凸极电机定转子结构与开关磁阻电机相似，因此适合高温高速运行；[0052](2)发电工作不依赖可控功率变换器和转子位置角传感器，系统结构简单，只需要灵活调节励磁电流即可控制输出电压；[0053](3)α轴方向悬浮绕组与β轴方向悬浮绕组中的悬浮电流控制与转子位置角和电枢电流大小无关，且α轴方向悬浮绕组与β轴方向悬浮绕组产生的磁场正交，励磁绕组产生的偏置磁场独立，因此悬浮控制性能优异；
14
CN 112436695 A[0054]
说 明 书
11/11页
(4)减少了悬浮控制功率器件，提高了系统可靠性，降低了系统成本；
[0055](5)控制方法单独控制悬浮电流和励磁电流，能够方便实现并列结构电磁式无轴承双凸极电机悬浮控制及输出控制，实现了并列结构电磁式无轴承双凸极电机输出与悬浮之间的相互解耦。[0056](6)α轴方向由耦合产生的悬浮力由于三段式结构，为第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心分别所受α轴方向耦合悬浮力之和，又由于转子角度的差异，第一转子铁心，第三转子铁心的α轴方向耦合悬浮力与第二转子铁心α轴方向耦合悬浮力抵消，使第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心，转子转轴形成的总体在α轴方向受到的因耦合引起的悬浮力为零。[0057](7)β轴方向的悬浮力由于三段式结构，为第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心分别所受β轴方向耦合悬浮力之和，第一转子铁心，第三转子铁心的β轴方向悬浮力与第二转子铁心的β轴方向悬浮力相加，又由于转子角度的差异，使第一转子铁心，第二转子铁心，第三转子铁心，转子转轴形成的总体β轴方向的悬浮力不再波动。[0058]本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
15
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
1/8页
图1
16
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
2/8页
图2
17
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
3/8页
图3
18
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
4/8页
图4
图5(a)
19
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
5/8页
图5(b)
图5(c)
20
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
6/8页
图5(d)
21
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
7/8页
图6
图7
22
CN 112436695 A
说 明 书 附 图
8/8页
图8
图9
23
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容