一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法.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CN106788099A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611061322.2(22)申请日2016.11.28(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市亚东新城区文苑路9号(72)发明人刘泽远杨艳刘程子曹鑫邓智泉蔡骏(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.H02P25/098(2016.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法(57)摘要本发明提出了一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法。所述电机的转矩控制方法以输出转矩作为转矩控制环节的控制对象，采用三相轮流导通控制方式，且每相导通角为15°；根据转矩关于电流和转子位置角的关系，获得输出转矩，与给定转矩比较，得到主绕组电流的参考值；根据悬浮力关于电流和转子位置角的关系，得到悬浮电流的参考值，然后让各绕组电流的实际值跟踪其参考值，实现对悬浮力和输出转矩的直接控制。所述方法不需要转矩和悬浮力的数学模型，考虑了电机的饱和特性；实现恒转矩输出，且转矩脉动小。CN106788099ACN106788099A权利要求书1/2页1.一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法，所述复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机包括定子、凸极转子、圆柱转子、主绕组线圈、悬浮绕组线圈和转轴；所述定子为凸极结构，其定子齿个数为12；所述圆柱转子为圆柱型结构；所述凸极转子为凸极结构，凸极转子齿个数为8；所述圆柱转子和凸极转子串联紧密布置，套在转轴上，并布置在所述定子内；每个定子齿均绕有1个主绕组线圈和1个悬浮绕组线圈，主绕组线圈和悬浮绕组线圈的数目都是12个；所述复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机为三相工作制电机，每相绕组由空间上相隔90°的四个定子上的主绕组线圈和悬浮绕组线圈组成，经连接构成1个主绕组、1个X轴方向悬浮绕组和1个Y轴方向悬浮绕组；每相绕组的连接方式为，空间上相隔90°的四个主绕组线圈串联一起组成1个主绕组；空间上相隔180°的两个悬浮绕组线圈反向串联一起组成1个X轴方向悬浮绕组；空间上相隔180°的另两个悬浮绕组线圈反向串联一起组成1个Y轴方向悬浮绕组；所述每相X轴方向悬浮绕组与Y轴方向悬浮绕组在空间相隔90°；所述转矩控制方法，其特征在于，每相主绕组和两个方向悬浮绕组同时励磁，且励磁宽度角为15°；根据主绕组和两个方向悬浮绕组电流的参考值，控制各绕组的电流，实现同时调节转矩和悬浮力；包括如下步骤：步骤A，获取开通角θon；采集转子实时位置信息，获取转子的实时位置角θ；选定三相工作制电机中的一相，当该相转子位置角θ＝θon时，开通所述相各绕组功率电路的功率开关管，所述相开始导通；θon由电机运行速度和负载工况确定；步骤B，获取所述相X轴方向的给定悬浮力和Y轴方向的给定悬浮力其具体步骤如下：步骤B-1，获取转子X轴方向和Y轴方向的实时位移信号α和β，其中，X轴方向与所述相X轴方向悬浮绕组齿极中心线重合，Y轴方向与所述相Y轴方向悬浮绕组齿极中心线重合，X轴方向与Y轴方向在空间上相差90°；步骤B-2，将实时位移信号α和β分别与给定的参考位移信号α*和β*相减，分别得到X轴方向和Y轴方向的实时位移信号差Δα和Δβ，将所述实时位移信号差Δα和Δβ经过比例积分微分控制器，得到X轴方向悬浮力的给定值和Y轴方向悬浮力的给定值步骤C，获取所述相的实时转矩Ta；具体步骤如下：步骤C-1，实时检测得到所述相主绕组的实际电流ima，X轴方向悬浮绕组的实际电流isa1和Y轴方向悬浮绕组的实际电流isa2；步骤C-2，根据所述相主绕组的实际电流ima和实时的转子位置角θ，得到实际主绕组转矩Tma；通过所述电机的电磁场有限元计算，得到所述相主绕组的实际电流ima产生的磁场储能Wa(ima,θ)，进而根据公式计算得到不同ima和θ时的主绕组转矩Tma；其中，Wa(ima,θ)是关于ima和θ的非线性函数，与所述电机的结构尺寸有关；步骤C-3，根据所述电流isa1和isa2，以及实时的转子位置角θ，获得由isa1和isa2分别产生的实际悬浮绕组转矩Tsa1和Tsa2；通过所述电机的电磁场有限元计算，分别得到所述电流isa1产生的磁场储能Wa(isa1,θ)2CN106788099A权利要求书2/2页和所述电流isa2产生的磁场储能Wa(isa2,θ)，进而根据公式和分别计算出不同isa1、isa2和θ时的转矩Tsa1和Tsa2；其中，Wa(isa1,θ)是关于isa1和θ的非线性函数，Wa(isa2,θ)是关于isa2和θ的非线性函数，与所述电机的结构尺寸有关；步骤C-4，根据所述转