六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法技术

本发明专利技术提供一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法。本发明专利技术电机定子上同时嵌入两套绕组：一套为嵌套在定子磁极上的线圈构成的六相绕组，另一套为嵌放在永磁体槽中的主悬浮绕组，产生转子需要的主悬浮力。六相绕组中同时流过转矩电流和悬浮电流，产生满足负载需要的转矩及转子悬浮需要的补偿悬浮。从满足转子悬浮力需要情况下，六相悬浮电流分量、三相悬浮电流产生的铜损耗最小，从而实现电机体积不变时，转子可产生的悬浮力最大，改善了转子悬浮子系统的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法
本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法。
技术介绍
定子永磁型磁通切换电机(FSPMM)把永磁体嵌入定子上，转子为凸极式铁心结构，所以该种电机具有永磁体散热容易、转子适宜高速运行等优点，若把无轴承技术拓展至该种电机上，构建无轴承定子永磁型磁通切换电机(BFSPMM)则会产生巨大的经济社会价值。BFSPMM定子上一般具有12个U型铁芯冲片、12个沿切向充磁的永磁体，从而构成12个定子磁极，每一个定子磁极上套上线圈，共计12个线圈。可以把这12线圈通过合理的连接构成3相绕组或6相绕组。为了实现转子悬浮力的产生，需要对该种电机气隙磁场进行调制，即增强磁场或减弱磁场，使得该种电机永磁体用量少于机械轴承支撑FSPMM。根据上述BFSPMM结构介绍，可见由于该种电机定子上既有永磁体，又有铁芯，使得该种电机定子槽空间很小，这样导致在槽中嵌放线圈安匝数受到严重制约，如何利用有限的定子槽空间同时产生足够的转矩和悬浮力输出是一个迫切要解决的科学问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法。利用放置在永磁体槽中的主悬浮绕组产生主悬浮力，利用套在定子磁极上的六相绕组在满足转矩输出需要同时产生补偿悬浮力，从而充分利用电机定子空间产生足够的转子悬浮力，改善转子悬浮动态性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法，其包括以下步骤：步骤S1：根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值步骤S2：把dq轴电流给定值旋转变换至αβ静止坐标系，得αβ轴电流分量如下：步骤S3：利用T6变换矩阵把六相绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ，步骤S4：根据iαiβ以及转子切向位置角θr算出此时的悬浮力系数kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，其采用的计算公式如下：其中，kxfj、kyfj，j＝f1、f2、f3、f4，代表f1、f2、f3、f4轴通1A电流时，其与永磁体配合后产生的x方向、y方向悬浮力；kxij、kyij，i＝α、β，j＝f1、f2、f3、f4代表f1、f2、f3、f4轴和α、β轴分别通1A电流时产生的x方向、y方向悬浮力；步骤S5：基于最小铜耗原则，根据悬浮力系数kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，x、y方向悬浮力给定六相绕组电阻Rt以及三相主悬浮绕组电阻Rf计算得到辅助系数λ1、λ2；步骤S6：根据kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，Rt，Rf以及λ1、λ2算出最小铜耗原则下的f1、f2、f3、f4轴电流给定值其采用的计算公式如下：步骤S7：令o1、o2、o3轴电流给定值为0，利用T9变换矩阵的逆矩阵把变换至自然坐标系中得六相绕组电流给定值及三相主悬浮绕组电流给定值步骤S8：把实际六相绕组电流iA～iF以及实际三相主悬浮绕组电流ia～ic传输至各自的电流控制器，使实际电流跟踪各自的给定值。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术方法同现有的单绕组和双绕组无轴承磁通切换电机驱动方法相比较，具有如下优点：(1)使用两套不同类型定子槽中的绕组，分别产生转子主悬浮力和补偿性悬浮力，实现一定的槽面积下，转子最大悬浮力输出，有效提高了转子悬浮子系统的动态响应性能；(2)由于采用嵌放于不同类型槽中的两套绕组结构同时输出转子悬浮力，所以即使其中一套绕组或对应的变换器发生故障，转子也能实现稳定悬浮运行，从而有效提高了驱动系统的可靠运行能力。附图说明图1为本专利技术涉及的六相和三相双绕组无轴承定子永磁型磁通切换电机横截面。图2为本专利技术涉及的六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通切换电机驱动控制框图。图3为本专利技术的实施例驱动系统硬件结构示意图。图4为六相绕组基波平面坐标系示意图。图5为三相主悬浮绕组基波平面坐标系示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释说明。为了避免现有技术的不足，本专利技术提出一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法。电机定子上同时嵌入两套绕组：一套为嵌套在定子磁极上的线圈构成的六相绕组，另一套为嵌放在永磁体槽中的主悬浮绕组，产生转子需要的主悬浮力。六相绕组中同时流过转矩电流和悬浮电流，产生满足负载需要的转矩及转子悬浮需要的补偿悬浮。从满足转子悬浮力需要情况下，六相悬浮电流分量、三相悬浮电流产生的铜损耗最小，从而实现电机体积不变时，转子可产生的悬浮力最大，改善了转子悬浮子系统的动态性能。对应的六相和三相双绕组无轴承定子永磁型磁通切换电机横截面如图1所示。A～F为六相绕组结构，a～c为三相主悬浮绕组。扣除绕组后，电机横截面与通常的定子永磁型磁通切换电机类似，定子也是由12个U型铁芯冲片构成，相邻的两个U型冲片之间夹着一个沿切向充磁的永磁体。但永磁体用量少，存在永磁体槽空间。该电机存在空间对称的三对绕组：A相和D相绕组空间对称、B相和E相绕组空间对称、C相和F相绕组对称。若绕组中没有悬浮电流流过，则每一对称绕组下方空间对称的气隙磁场(偏置磁场)完全相同，磁场对转子产生的麦克斯韦力等于零；但若绕组中流过悬浮电流后，每一对称绕组下方空间对称的气隙磁场不再相等，其中一个减弱，另一个增强，气隙磁场减弱值等于增加值，对转子产生一个与磁场增强方向同方向的麦克斯韦力。三对绕组分别在空间产生某一方向的麦克斯韦力，最终对转子产生一个合成的悬浮力补偿量。另外，a～c悬浮绕组流过悬浮电流后，在空间产生方向互差120度的悬浮力，从而合成出转子悬浮所需要的主悬浮力。本专利技术方法的控制原理框图如图2所示。根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值把旋转变换至αβ静止坐标系得利用T6变换矩阵把六相绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ；根据iα、iβ以及转子切向位置角θr算出此时的悬浮力系数kxj、kyj(j＝f1、f2、f3、f4)；根据x和y方向转子径向偏移量及其给定值，计算对应的转子径向偏移控制误差△x、△y；把△x、△y分别送给x和y方向径向位移控制器，输出x和y方向悬浮力给定值基于最小铜耗原则，根据悬浮力系数kxj、kyj(j＝f1、f2、f3、f4)，x、y方向悬浮力给定六相绕组电阻Rt以及三相主悬浮绕组电阻Rf计算得到辅助系数λ1、λ2；根据kxj、kyj(j＝f1、f2、f3、f4)，Rt，Rf以及λ1、λ2算出最小铜耗原则下的f1、f2、f3、f4轴电流给定值令o1、o2、o3轴电流给定值为0，利用T9变换矩阵的逆矩阵把变换至自然坐标系中得六相绕组电流给定值及三相主悬浮绕组电流给定值再借助于电流控制器实现实际六相绕组电流iA～iF以及实际三相主悬浮绕组电流ia～ic跟踪给定值，从而实现转子切向旋转同时转子径向悬浮。本专利技术的实施例驱动系统硬件结构如图3所示。包括：整流电路、滤波电容、六相逆变器、三相逆变器、无轴承磁通切换电机、六相绕组电流采集电路、三相绕组电流采集电路、隔离驱动、中央控制器、人机接口、转子位置角检测电路、xy方向转子径向位移采集电路。逆变器中功率管采用I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋

【技术特征摘要】
1.一种六相和三相双绕组悬浮互补型无轴承磁通电机驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：根据转子切向旋转控制性能需要，由转子切向旋转控制器输出dq转子同步旋转坐标系中dq轴电流给定值步骤S2：把dq轴电流给定值旋转变换至αβ静止坐标系，得αβ轴电流分量如下：步骤S3：利用T6变换矩阵把六相绕组电流iA～iF变换至αβ静止坐标系中得iα、iβ，步骤S4：根据iαiβ以及转子切向位置角θr算出此时的悬浮力系数kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，其采用的计算公式如下：其中，kxfj、kyfj，j＝f1、f2、f3、f4，代表f1、f2、f3、f4轴通1A电流时，其与永磁体配合后产生的x方向、y方向悬浮力；kxij、kyij，i＝α、β，j＝f1、f2、f3、f4代表f1、f2、f3、f4轴和α、β轴分别通1A电流时产生的x方向、y方向悬浮力；步骤S5：基于最小铜耗原则，根据悬浮力系数kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，x、y方向悬浮力给定六相绕组电阻Rt以及三相主悬浮绕组电阻Rf计算得到辅助系数λ1、λ2；步骤S6：根据kxj、kyj，j＝f1、f2、f3、f4，Rt，Rf以及λ1、λ2算出最小铜耗原则下的f1、f2、f3、f4轴电流给定值其采用的计算公式如下：步骤S7：令o1、o2、o3轴电流给定值为0，利用T9变换矩阵的逆矩阵把变换至自然坐标系中得六相绕组电流给定值及三相主悬浮绕组电流给定值步骤S8...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，陈光团，钟天云，郑梦飞，林碧云，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35