1.磁悬浮开关磁阻电机偏置绕组和电枢绕组的匝数设计方法,所述磁悬浮开关磁阻电机包括电机定子、电机转子和电机绕组;所述电机定子由磁阻电机定子和磁轴承定子构成;
所述电机转子由凸极转子和圆柱转子构成;所述电机绕组由转矩绕组和悬浮绕组构成;所述圆柱转子布置在磁轴承定子内,凸极转子布置在磁阻电机定子内;所述磁轴承定子和磁阻电机定子轴向串联布置,所述圆柱转子和凸极转子套在转轴上;所述磁阻电机定子和凸极转子均为凸极结构,所述圆柱转子为圆柱结构;
所述磁轴承定子由4个E型结构构成,4个E型结构在圆周上均匀分布,空间上相差90°;
每个E型结构的齿数为3,所述E型结构的中间齿为宽齿,两边齿为窄齿;每个E型结构中的两个窄齿上均有1个绕组,每个E型结构两个窄齿上的绕组串联形成1个窄齿绕组,在4个E型结构上形成4个窄齿绕组;所述4个窄齿绕组中相隔180°的两个绕组反向串联,形成一个悬浮绕组;另外两个相隔180°的窄齿绕组反向串联,形成另一个悬浮绕组;所述两个悬浮绕组空间上相隔90°;
所述转矩绕组个数与磁阻电机的相数m相同,每个转矩绕组由一个电枢绕组和一个偏置绕组串联构成;
所述磁阻电机定子凸极结构包含有n个定子齿,每个定子齿上绕有1个绕组,所有磁阻电机定子齿上的绕组,分m组,分别连接在一起,构成m个电枢绕组;其中,n为m的倍数;
所述偏置绕组共m个,每个E型结构宽齿上绕有m个线圈;在4个E型结构中,在每个宽齿上选取1个线圈,串联成1个偏置绕组,从而形成m个偏置绕组;
其特征在于,所述磁悬浮开关磁阻电机偏置绕组和电枢绕组的匝数设计方法,包括如下步骤:步骤A,计算每相偏置绕组端电压Ubias和电枢绕组端电流Ua;具体步骤如下:步骤A-1,计算每相偏置绕组自感Lbias和每相电枢绕组最大自感Lmax;其表达式分别为:其中,μ0为真空磁导率,δ为气隙长度,l为磁轴承有效轴向长度,lSRM为磁阻电机有效轴向长度,αs为磁阻电机定子极弧角,αs1为磁轴承定子宽齿的极弧角,r为转子半径,N为电枢绕组匝数,Nb为偏置绕组匝数,kFe为铁心叠压系数,kα为E型结构宽窄定子极弧之比,其表达式为 αs2为磁轴承定子窄齿的极弧角;
步骤A-2,获得每相偏置绕组端电压Ubias和电枢绕组端电流Ua;
根据所述Lbias和Lmax,及计算公式:
得到:
其中,Lbias为每相偏置绕组自感,Lmax为每相电枢绕组的最大自感,i为每相转矩绕组电流,t为时间,kL为电枢绕组最大自感与最小自感之比,kL取值区间为[5,8];
步骤B,计算N2αslSRM和 其表达式分别为:
其中,PN为磁阻电机的额定功率,n为额定转速,Fload为磁轴承的径向负载,IP为每相等效电流的峰值,η为磁阻电机效率,Zr为磁阻电机的转子极数,γ为磁轴承定子的宽齿与窄齿间夹角,k为磁阻电机的磁压降系数,k=1.1~1.2;
步骤C,计算电源压降系数kU,根据所述表达式:
得到:
其中,ktf为力矩系数, TN为额定转矩, U为每相转矩绕组的电源电压,U=Ua+Ubias;
步骤D,计算偏置绕组和电枢绕组匝数设计的电流值,具体步骤如下:步骤D-1,根据所述PN、U和kU,及计算公式 计算出每相等效电流的峰值IP;
步骤D-2,根据所述IP,及计算公式 计算出电枢绕组匝数设计的电流值Im;
步骤D-3,根据所述IP,及计算公式 计算出偏置绕组匝数设计的电流值Iav;
步骤E,计算电枢绕组和偏置绕组的匝数,具体步骤如下:步骤E-1,计算电枢绕组匝数N;
根据所述Im,及计算公式 计算出电枢绕组的匝数N,其中,Bδ为磁阻电机电枢绕组产生的气隙磁密,Bδ=1.0~1.5T;
步骤E-2,计算偏置绕组匝数Nb;
根据所述Im,及计算公式 计算出偏置绕组的匝数Nb,其中,Bb为磁轴承偏置绕组产生的气隙磁密,Bb=0.3~0.5T。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮开关磁阻电机偏置绕组和电枢绕组的匝数设计方法,其特征在于,所述磁阻电机定子齿数n为12、凸极转子齿数为8、电机相数m为3时,每4个相隔
90°的磁阻电机定子齿上的绕组,采用串联、或并列、或串并结合的连接方式,连接在一起,构成1个电枢绕组,共形成3个电枢绕组;所述3个电枢绕组再分别与所述3个偏置绕组进行串联,进而构成3个转矩绕组,即为三相转矩绕组。