一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机及其控制方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机及其控制方法，涉及无轴承电机技术领域，能够缓减绕组损耗与发热不平衡的问题，提高电机的可靠性。本发明专利技术包括：定/转子的铁心均为凸极结构，每个定子极1‑1面向气隙(11)表面中间部位按照逆时针方向至定子极1‑1边缘部位开槽，槽内贴有一个永磁体，每个永磁体面向气隙(11)表面极性相同；每个定子极1‑1绕有电枢线圈，电枢线圈依次串联构成电枢绕组，电枢绕组分别与外部主电路连接；每三个定子极1‑1绕有悬浮线圈，空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。本发明专利技术适用于航空航天电驱动系统等高速应用场合。

A Bearingless Doubly Salient Motor with Alternating Pole Permanent Magnet Bias and Its Control Method

The embodiment of the invention discloses an alternating pole permanent magnet biased bearingless doubly salient motor and its control method, which relates to the technical field of bearingless motor, can alleviate the problem of unbalanced winding loss and heating, and improve the reliability of the motor. The invention includes: the core of the stator/rotor is salient pole structure, each stator pole 1 1 is grooved in the middle part of the air gap (11) surface in anticlockwise direction to the edge part of the stator pole 1 1, each permanent magnet has the same polarity towards the air gap (11) surface; each stator pole 1 1 is wound with an armature coil, and the armature coil is connected in series to form an armature winding. Each of the three stator poles is wound with a suspension coil, and the suspension coil relative to the radial direction of space is connected in series to form a suspension winding, which is connected with the external suspension control circuit. The invention is suitable for high-speed applications such as aerospace electric drive system.

【技术实现步骤摘要】
一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机及其控制方法
本专利技术涉及无轴承电机
，尤其涉及一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机及其控制方法。
技术介绍
磁阻型无轴承电机是将磁轴承功能与驱动或发电功能集成一体的新型电机，具有空间利用率高，结构紧凑等特点，通过调节悬浮电流，主动控制电机极间径向电磁力，相对于传统的电机也提高了电机高速运行可靠性，提高了功率密度及效率。目前已经逐步发展出了无轴承开关磁阻电机和电磁式无轴承双凸极电机等方案。其中：无轴承开关磁阻电机结构简单可靠，适合在高温高速等恶劣场合运行。然而无轴承开关磁阻电机转矩和悬浮力存在非线性耦合的问题，悬浮控制需要检测转子位置角，根据转子角位置调节悬浮电流，系统实现难度大，导致了其较高的设计和使用成本。电磁式无轴承双凸极电机定转子结构坚固可靠，同样适合高温高速运行，并且由于励磁电流可以提供悬浮所需要的偏置磁场，不再需要像无轴承开关磁阻电机一样利用电枢电流提供偏置磁场，因此电磁式无轴承双凸极电机悬浮控制基本不受电枢电流大小影响，也不再需要检测转子位置角。其采用的是独立励磁绕组提供偏置磁场，调节悬浮电流控制电机悬浮力。然而调节励磁电流会改变了电机内部的偏置磁场，从而改变悬浮力大小，给悬浮控制带来干扰和耦合，增加悬浮控制的难度。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机及其控制方法，偏置磁场稳定，悬浮力稳定可靠，干扰小，从而降低悬浮控制的难度。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机：定子铁心(1)、转子铁心(2)、永磁体(3)、电枢绕组(4)和悬浮绕组，所述悬浮绕组包括：第一悬浮绕组(5)和第二悬浮绕组(6)；转子铁心(2)由转子极(2-1)构成，转子铁心(2)为凸极结构；所述电机的定子，由定子铁心(1)和永磁体(3)构成，定子铁心(1)由定子极(1-1)构成，定子铁心(1)为凸极结构；对于每一个定子极(1-1)：面向气隙(11)表面的中间部位，按照逆时针方向至面向所述气隙(11)表面的边缘部位开槽；每一个定子极(1-1)的开槽内贴有一个永磁体(3)，每个永磁体(3)面向所述气隙(11)表面的极性相同；每一个定子极(1-1)上绕有电枢线圈，电枢线圈依次串联构成电枢绕组(4)，电枢绕组(4)与外部主电路连接；每三个依次排列的定子极为一组并绕有一套悬浮线圈，且每套悬浮线圈都采用相同的绕向与绕制方式。一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机的控制方法，包括悬浮控制环节和转矩控制环节；其中，悬浮控制环节包括：通过安装在电机端盖上的x轴方向的径向位移传感器，检测所述电机的转子的径向位置，得到x轴方向转子实际位移；通过安装在电机端盖上的y轴方向的径向位移传感器，检测所述电机的转子的径向位置，得到y轴方向转子实际位移，其中，x轴与y轴相互正交；通过电流检测单元，分别检测所述电机的第一悬浮绕组(5)电流反馈值和第二悬浮绕组(6)电流反馈值；将预设的所述电机在x轴方向参考位移与所述x轴方向转子实际位移的差值，经过x轴位移调节环节，得到第一悬浮绕组(5)的电流参考值；将预设的所述电机在y轴方向参考位移与所述y轴方向转子实际位移的差值，经过y轴位移调节环节，得到第二悬浮绕组(6)的电流参考值；将第一悬浮绕组(5)电流参考值与第一悬浮绕组(5)电流反馈值的差值，经过第一悬浮电流调节环节，得到第一悬浮控制电路的占空比信号；将第二悬浮绕组(6)电流参考值与第二悬浮绕组(6)电流反馈值的差值，经过第二悬浮电流调节环节，得到第二悬浮控制电路的占空比信号；通过调节所述第一悬浮控制电路和所述第二悬浮控制电路的开关管占空比，调节第一悬浮绕组(5)电流和第二悬浮绕组(6)电流。转矩控制环节,包括：采用正弦波电流控制，或者采用方波电流控制。本实施例中的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机的定/转子的铁心均为凸极结构气隙(11)表面气隙(11)表面；每个定子极绕有电枢线圈，电枢线圈依次串联构成电枢绕组，电枢绕组分别与外部主电路连接；每个3依次排列的定子极为一组并绕有一套悬浮线圈，且每套悬浮线圈都采用相同的绕制方式空间径向相对的悬浮线圈串联构成悬浮绕组，与外部悬浮控制电路相连。相对于现有技术中电机内部的偏置磁场不稳定，从而改变悬浮力大小，给悬浮控制带来干扰和耦合的问题；每相电枢绕组配置不对称，使得反电势不对称，导致绕组损耗与发热不平衡，恶化电机绝缘性能的问题；以及使与电机电枢绕组连接的外部主电路的功率器件发热不均，影响可靠性的问题。本专利技术通过在交替极永磁偏置无轴承双凸极电机中偏置磁场稳定，悬浮力稳定可靠，干扰小，每相电枢绕组分布均衡，因此每相反电势对称，绕组发热平衡，电机电枢绕组连接的外部主电路的功率器件发热平衡，电流应力平衡，使得电机及其系统的可靠性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机第一悬浮控制电路和第二悬浮控制电路示意图；图3为本专利技术实施例提供的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机转子5度时的磁力线分布示意图；图4为本专利技术实施例提供的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机悬浮控制原理框图；图5为本专利技术实施例提供的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机悬浮线圈连接端示意图；图6为本专利技术实施例提供的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机定子极的结构示意图；附图中的各个标号分别表示：1-定子铁心、1-1定子极、2-转子铁心、2-1转子极、3-永磁体、4-电枢绕组、5-第一悬浮绕组、6-第二悬浮绕组、7-永磁磁力线、8-通正方向的第二悬浮绕组中由悬浮电流产生的悬浮磁力线、9-第一悬浮控制电路、10-第二悬浮控制电路、11-气隙。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机，其特征在于，包括：定子铁心(1)、转子铁心(2)、永磁体(3)、电枢绕组(4)和悬浮绕组，所述悬浮绕组包括：第一悬浮绕组(5)和第二悬浮绕组(6)；转子铁心(2)由转子极(2‑1)构成，转子铁心(2)为凸极结构；所述电机的定子，由定子铁心(1)和永磁体(3)构成，定子铁心(1)由定子极(1‑1)构成，定子铁心(1)为凸极结构；对于每一个定子极(1‑1)：面向气隙表面的中间部位，按照逆时针方向至面向所述气隙表面的边缘部位开槽；每一个定子极(1‑1)的开槽内贴有一个永磁体(3)，每个永磁体(3)面向所述气隙表面的极性相同；每一个定子极(1‑1)上绕有电枢线圈，电枢线圈依次串联构成电枢绕组(4)，电枢绕组(4)与外部主电路连接；每三个依次排列的定子极为一组并绕有一套悬浮线圈，且每套悬浮线圈都采用相同的绕向与绕制方式。

【技术特征摘要】
1.一种交替极永磁偏置无轴承双凸极电机，其特征在于，包括：定子铁心(1)、转子铁心(2)、永磁体(3)、电枢绕组(4)和悬浮绕组，所述悬浮绕组包括：第一悬浮绕组(5)和第二悬浮绕组(6)；转子铁心(2)由转子极(2-1)构成，转子铁心(2)为凸极结构；所述电机的定子，由定子铁心(1)和永磁体(3)构成，定子铁心(1)由定子极(1-1)构成，定子铁心(1)为凸极结构；对于每一个定子极(1-1)：面向气隙表面的中间部位，按照逆时针方向至面向所述气隙表面的边缘部位开槽；每一个定子极(1-1)的开槽内贴有一个永磁体(3)，每个永磁体(3)面向所述气隙表面的极性相同；每一个定子极(1-1)上绕有电枢线圈，电枢线圈依次串联构成电枢绕组(4)，电枢绕组(4)与外部主电路连接；每三个依次排列的定子极为一组并绕有一套悬浮线圈，且每套悬浮线圈都采用相同的绕向与绕制方式。2.根据权利要求1所述的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机，其特征在于，每套悬浮线圈共有两个连接端，分别为第一连接端和第二连接端；空间径向相对的两套悬浮线圈为同一组，共两组，分别为第一悬浮绕组(5)和第二悬浮绕组(6)，其中第一悬浮绕组(5)内的第一套悬浮线圈的第一连接端作为第一悬浮绕组(5)的第一出线端(SX+)，所述第一悬浮绕组(5)内的第一套悬浮线圈第二连接端与第一悬浮绕组(5)内的第二套悬浮线圈的第二连接端相连；所述第一悬浮绕组(5)内的第二套悬浮线圈的第一连接端作为第一悬浮绕组(5)的第二出线端(SX-)；按照与第一悬浮绕组(5)同样的构成方式，构成第二悬浮绕组(6)和第二悬浮绕组(6)的第一出线端(SY+)和第二出线端(SY-)；第一悬浮绕组(5)的出线端和第二悬浮绕组(6)的出线端分别与外部的第一悬浮控制电路(9)和第二悬浮控制电路(10)连接。3.根据权利要求1所述的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机，其特征在于，定子极(1-1)的数目为12n，转子极(2-1)数目为16n，n为正整数。4.根据权利要求1所述的交替极永磁偏置无轴承双凸极电机，其特征在于，转子铁心(2)位于定子铁心(1)的内部。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：于立，张卓然，施于柯，孙林楠，陈旭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32