一种混合磁轴承开关磁阻电机及其控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106953459A(43)申请公布日2017.07.14(21)申请号201710231345.1(22)申请日2017.04.11(71)申请人南京埃克锐特机电科技有限公司地址210044江苏省南京市六合区中山科技园科创大道9号A6栋304室(72)发明人刘泽远蔡骏赵春文(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人朱小兵(51)Int.Cl.H02K7/09(2006.01)H02K29/00(2006.01)H02P25/08(2016.01)H02N15/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图4页(54)发明名称一种混合磁轴承开关磁阻电机及其控制方法(57)摘要本发明公布了一种混合磁轴承开关磁阻电机及其控制方法，属于磁悬浮电机及其控制领域。该电机由12/8极开关磁阻电机和4极磁轴承串联集合而成；4个悬浮绕组缠绕在磁轴承定子和与之对齐的4个磁阻电机定子之上，用于产生悬浮力；8个电枢绕组绕在其余8个磁阻电机定子上，用于产生转矩。控制中，悬浮绕组采用恒导通励磁，在磁轴承和磁阻电机内同时产生悬浮力；8个转矩绕组连接为两相，轮流励磁导通，在磁阻电机内产生转矩。本发明电机的控制方法每个正负半周期内，悬浮绕组电流对称，产生的正转矩与负转矩相等，平均转矩为零，故悬浮力与平均转矩解耦；另外，该正转矩还改善了电机启动性能，可克服传统两相电机启动难的缺点；且本发明结构简单，功率系统成本低且控制简单。CN106953459ACN106953459A权利要求书1/2页1.一种混合磁轴承开关磁阻电机，其特征在于，包括磁阻电机定子、磁阻电机转子、磁轴承定子、磁轴承转子、转矩线圈、悬浮线圈和转轴；所述磁阻电机定子与磁轴承定子串联紧密布置，所述磁阻电机转子与磁轴承转子串联紧密布置；所述磁阻电机转子布置在磁阻电机定子内，所述磁轴承转子布置在磁轴承定子内，所述磁阻电机转子和磁轴承转子套在转轴上；所述磁阻电机定子为凸极结构，齿数为12，所有磁阻电机定子齿均匀分布，齿与齿相隔30°；所述磁阻电机转子为凸极结构，齿数为8，所有磁阻电机转子齿均匀分布，齿与齿相隔45°；所述磁阻电机定子的极弧角与磁阻电机转子的极弧角相等，极弧角均为15°；所述磁轴承定子为凸极结构，齿数为4，所有磁轴承定子齿均匀分布，齿与齿相隔90°，所述磁轴承转子为圆柱结构；所述4个磁轴承定子与4个磁阻电机定子对齐，且串联紧密布置，共构成4个悬浮力定子，其中2个相隔180°的悬浮力定子位于水平方向，剩余2个相隔180°的悬浮力定子位于竖直方向；所述4个悬浮力定子上均绕有1个悬浮线圈，共4个悬浮线圈，组成A相绕组；磁阻电机定子剩余的8个齿上均1个转矩线圈，共8个；所述4个相隔90°的转矩线圈串联，构成B相转矩绕组；剩余4个相隔90°的转矩线圈串联，构成C相转矩绕组；B相转矩绕组与C相转矩绕组在空间上相差30°；所述4个悬浮线圈独立控制，其中绕在水平正方向悬浮力定子上的悬浮线圈为水平正方向悬浮绕组，绕在水平负方向悬浮力定子上的悬浮线圈为水平负方向悬浮绕组，绕在竖直正方向悬浮力定子上的悬浮线圈为竖直正方向悬浮绕组，绕在竖直负方向悬浮力定子上的悬浮线圈为竖直负方向悬浮绕组。2.根据权利要求1所述的一种混合磁轴承开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，A相4个悬浮绕组恒导通产生悬浮力，并产生半个转子周期产生正转矩，再剩余半个转子周期产生负转矩；B相和C相转矩绕组轮流励磁导通，产生转矩；通过独立控制A相4个悬浮绕组电流的大小，以调节悬浮力，且悬浮绕组电流在一个转子周期内产生的正负转矩对称相等，平均转矩为零，故平均转矩与悬浮力解耦；通过控制B、C两相转矩绕组电流的大小，以调节输出转矩，转矩绕组电流仅作为悬浮绕组电流计算的一个中间变量，与悬浮控制无关，且转矩绕组电流仅与输出转矩相关，故转矩控制与悬浮控制相互独立；包括如下步骤：步骤A，采集磁阻电机转子实时位置角θ，判别各相励磁状态；步骤A-1，定义θ＝0时的磁阻电机转子位置为悬浮力定子齿与磁阻电机转子齿对齐的位置，一个磁阻电机转子周期角为45°，A相4个悬浮绕组恒导通，且每个悬浮力控制的导通区间均为[-22.5°，22.5°]，令θ＝0时4个悬浮绕组开始励磁导通；步骤A-2，当θ＝θonb时，开通B相转矩绕组功率电路的功率开关，B相开始励磁导通，当θ＝θoffb时，关断B相转矩绕组功率电路的功率开关，B相结束励磁；其中，θonb和θoffb分别B相转矩绕组功率电路的开通角和关断角，二者均与转速相关，θonb的取值范围为[-7.5°，0]，B相转矩绕组的导通角为(θoffb-θonb)，其取值范围为[15°，20°]；步骤A-3，当θ＝θonc时，开通C相转矩绕