高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置及检测方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
本发明涉及一种高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置及检测方法。
[0002]【背景技术】:
目前现有电机功率较小时易于实现高转速，而随着功率的增大，电机转速提升困难，因此一般将转速和功率的乘积作为衡量一个国家电机发展水平的重要指标。以开关磁阻电机为例，采用机械轴承支撑，国内小功率达到lKw、130000rpm，大功率只有180Kw、3000rpm ;国外小功率有lKw、200000rpm，大功率已经达到250Kw、22000rpm。由于采用机械轴承，开关磁阻电机转速和功率乘积限制在一个很低的水平，且国内研究水平远落后于国外。为摆脱机械轴承的束缚，目前电工界正在研究将高速电机和磁轴承结合，以实现更高的转速和功率等级。国外磁悬浮电机已经发展的较为成熟，磁悬浮电机已经应用于卫星姿态调整的控制力矩陀螺、磨削车床主轴、飞轮电池储能、涡轮发动机，优势显著。美军已研制成功功率250Kw转速40000rpm磁悬浮开关磁阻电机，并装备到F-35战斗机的起动/发电机系统中，这也说明高速电机和磁轴承结合是未来电机发展的一个重要趋势。国内开关磁阻电机最高转速已实现130000rpm，但由于轴承的限制，电机的功率只有lKw，大功率电机转速很低，转速与功率严重脱节，应用场合受到极大的限制。研究磁悬浮轴承支撑的开关磁阻电机是突破机械轴承限制的一种有效途径，目前国内已有多家单位研究磁悬浮电机，用于数控车床主轴磨削实验的磁悬浮异步电机转速达到40000rpm，但针对开关磁阻电机的较少。将磁轴承和开关磁阻电机结合进行集成化设计，首次采用双端对称三自由度磁轴承结构实现电机悬浮，最高转速达到35000rpm，电机功率达到7.5Kw，且功率等级可以进一步提高，为电机在中大功率场合的发展和应用打下了良好的基础。
[0003]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置及检测方法。
[0004]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置，其组成包括:一组相互连接的永磁偏离轴向径向磁轴承，所述的永磁偏离轴向径向磁轴承包括套筒，所述的套筒内装有永磁环，所述的永磁环内部装有开关磁阻电机，所述的开关磁阻电机侧面装有径向磁极，所述的套筒一个端面装有定子圆盘，所述的定子圆盘内部具有孔，所述的孔内装有轴向磁极。
[0005]所述的高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置，所述的开关磁阻电机包括电机定子，所述的电机定子内部装有电机转子。
[0006]一种高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置及检测方法，该方法包括如下步骤:将开关磁阻电机和磁悬浮轴承结合，高速磁悬浮开关磁阻电机，采用磁悬浮轴承支撑电机，电机定、转子没有直接接触，转速不再受到机械轴承的限制，不存在机械磨损，降低了转子运转过程中摩擦损耗，消除了因轴承润滑剂带来的污染，省去庞大的轴承润滑、冷却装置，开关磁阻电机可以向更高的转速和功率发展，提高了电机在高速大功率场合适用的能力；
采用双端对称三自由度磁轴承结构，电机结构紧凑，缩短了电机轴向长度，增大转子临界转速，为磁轴承的推广应用创造了有利条件。为提高开关功放性能，提出一种改进型三态采样保持控制策略，绕组增加O续流状态，引入三态法以后，电流纹波大小与直流母线电压无关，因此可以在不增加电流纹波的情况下，通过提高直流母线电压来提高电磁力的响应速度，同时磁拉力脉动减小，有效提高磁轴承系统的动态特性，一种新型的开关磁阻电机位置传感器故障检测及容错控制方法，保证电机能够在高温、多粉尘等极端恶劣环境下稳定运行。
[0007]有益效果:
1.本发明将开关磁阻电机和磁悬浮轴承结合，研制了高速磁悬浮开关磁阻电机，采用磁悬浮轴承支撑电机，电机定、转子没有直接接触，转速不再受到机械轴承的限制，不存在机械磨损，降低了转子运转过程中摩擦损耗，消除了因轴承润滑剂带来的污染，省去庞大的轴承润滑、冷却装置，开关磁阻电机可以向更高的转速和功率发展，提高了电机在高速大功率场合适用的能力。
[0008]2.本发明采用双端对称三自由度磁轴承结构，电机结构紧凑，缩短了电机轴向长度，增大转子临界转速，为磁轴承的推广应用创造了有利条件。为提高开关功放性能，提出一种改进型三态采样保持控制策略，绕组增加O续流状态，引入三态法以后，电流纹波大小与直流母线电压无关，因此可以在不增加电流纹波的情况下，通过提高直流母线电压来提高电磁力的响应速度，同时磁拉力脉动减小，有效提高磁轴承系统的动态特性。
[0009]3.本发明是一种新型的开关磁阻电机位置传感器故障检测及容错控制方法，保证电机能够在高温、多粉尘等极端恶劣环境下稳定运行。
[0010]4.本发明采用的高速磁悬浮开关磁阻电机简单坚固、性能可靠，具有高功率密度、高容错性等特点，能够适应高速、重载各种恶劣环境，工作转速具有极宽的调节范围。普通开关磁阻电机受到轴承限制，转速和功率等级较低，适用范围极为有限，高速磁悬浮开关磁阻电机能够有效减少装置体积重量、提高设备性能，在多电/全电飞机、起动/发电系统、微型发动机、分布式发电系统、不间断电源(UPS)、高速车床主轴、电动/混合动力汽车、武器系统等关键领域具有非常广阔的应用前景，对国民经济产生将极大的促进作用，对发展国防军事、航空航天科技更是具有积极意义。
[0011]5.本发明将开关磁阻电机和磁轴承有机结合，采用双端对称三自由度磁轴承结构，对系统进行综合设计，使电机转子稳定悬浮在定子中央，实现7.5Kw开关磁阻电机35000rpm稳定悬浮运行,线速度达到141m/s。开关磁阻电机摆脱普通机械轴承的束缚。
[0012]【附图说明】:
附图1是本发明的结构示意图。
[0013]附图2是附图1的开关磁阻电机结构示意图。
[0014]【具体实施方式】:
实施例1:
一种高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置，其组成包括:一组相互连接的永磁偏离轴向径向磁轴承1，所述的永磁偏离轴向径向磁轴承包括套筒5，所述的套筒内装有永磁环3，所述的永磁环内部装有开关磁阻电机2，所述的开关磁阻电机侧面装有径向磁极4，所述的套筒一个端面装有定子圆盘7，所述的定子圆盘内部具有孔，所述的孔内装有轴向磁极6。
[0015]实施例2:
实施例1所述的高速磁悬浮开关动作磁阻检测装置，所述的