磁悬浮开关磁阻电机及其悬浮力控制装置、方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁悬浮开关磁阻电机及其悬浮力控制装置、方法和系统。其中，磁悬浮开关磁阻电机集成开关磁阻电机与磁悬浮轴承功能于一体，在结构上实现转矩绕组和悬浮绕组的自然解耦，利用转矩绕组产生输出转矩，利用悬浮绕组产生径向悬浮力，此外，各相转矩绕组以及各相悬浮绕组均相互隔离，容错性能好，铁心损耗小；其中悬浮力控制装置采用三相全桥逆变电路产生三相悬浮绕组电流，以控制磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力，集成度高，控制简单，节约控制硬件成本；其中，悬浮力控制方法根据转子的径向位移量、悬浮绕组的实时电流信号以及预设的参考位移确定各导通状态持续时长，使得实时电流信号跟踪上参考电流值，使得转子稳定在参考位置。考位置。

【技术实现步骤摘要】
磁悬浮开关磁阻电机及其悬浮力控制装置、方法和系统


[0001]本专利技术涉及磁悬浮开关磁阻电机及其悬浮力控制装置、方法和系统，属于磁悬浮开关磁阻电机


技术介绍

[0002]开关磁阻电机结构简单，定转子均为凸极结构，定子上绕有集中式绕组，转子无绕组、无永磁体，通过检测转子的实时位置定时给定子绕组激励脉冲性电流，使其产生磁阻性正转矩驱动电机电动运行。由于其高速性能好，容错性能强，耐高温耐油脂，环境适应性强，在航空航天、电动汽车、飞轮储能，纺织石油矿山等领域应用广泛。
[0003]磁悬浮轴承针对传统电机中存在支撑轴承导致的轴承摩擦和机械振动等弊端应运而生的，磁悬浮轴承是利用位置传感器检测转子位置，基于功率放大器对定子绕组电流进行控制，将高速旋转的转子悬浮在空中，避免了机械接触高速电机能够有效减少装置体积重量、提高设备性能，在分布式发电系统、不间断电源、微型发动机、高速车床主轴、电动/混合动力汽车、多电全电飞机等中大功率场合具有良好的应用前景。
[0004]若无轴承开关磁阻电机集旋转与悬浮两功能于一体，不仅可有效解决高速运行时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，包括多个转矩线圈(5)、多个悬浮线圈(6)、转轴(13)、永磁环(8)以及两个并列设置的定转模组；各定转模组包括径向力定子(1)、转矩定子(3)、非导磁支撑架(4)、定子环形导磁轭(9)、转子(11)以及转子环形导磁轭(12)；两个定转模组的定子环形导磁轭之间设有永磁环(8)；所述转子环形导磁轭(12)、转子(11)、径向力定子(1)以及定子环形导磁轭(9)依次从里往外同轴套设在转轴(13)外；所述转矩定子(3)包括基座Ⅱ，基座Ⅱ内侧设有两个相对设置的凸齿Ⅱ；所述转子(11)包括环形基座Ⅲ，环形基座Ⅲ的外周部等距设有16个凸齿Ⅲ；所述径向力定子(1)包括环形基座Ⅰ，环形基座Ⅰ的内周部等距设有6个凸齿Ⅰ；各相邻凸齿Ⅰ之间同轴嵌设有非导磁支撑架(4)，非导磁支撑架一侧连接环形基座Ⅰ，非导磁支撑架另一侧同轴设有基座Ⅱ；所述转矩线圈(5)和悬浮线圈(6)缠绕的方式为以下D1+D3、D2+D3、D1+D4以及D2+D4四种组合中的任意一种：D1：位于两个定转模组同一径向上并列的转矩定子(3)中各并列的凸齿Ⅱ上共同绕有一个转矩线圈(5)，各并列的转矩定子(3)的两个转矩线圈(5)串联，获得转矩线圈串，轴对称的转矩线圈串两两串联为转矩绕组，获得电枢一体的三相转矩绕组；D2：各凸齿Ⅱ上单独绕有一个转矩线圈(5)，各转矩定子(3)的两个转矩线圈(5)串联，获得转矩线圈串，各定转模组中轴对称的转矩线圈串两两串联为转矩绕组，获得电枢分体的三相转矩绕组；D3：各凸齿Ⅰ上单独绕有一个悬浮线圈(6)，位于两个定转模组同一径向上并列的凸齿Ⅰ上的悬浮线圈分别串联，获得悬浮线圈串，轴对称的悬浮线圈串两两串联为悬浮绕组，获得二自由度的三相悬浮绕组；D4：各凸齿Ⅰ上单独绕有一个悬浮线圈(6)，各定转模组中轴对称的悬浮线圈(6)两两串联为悬浮绕组，获得四自由度的三相悬浮绕组。2.根据权利要求1所述的磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，所述永磁环(8)为环形结构。3.根据权利要求2所述的磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，所述永磁环(8)采用轴向充磁方式充磁。4.根据权利要求1所述的磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，各凸齿Ⅰ的极弧角为22.5
°
。5.根据权利要求1所述的磁悬浮开关磁阻电机，其特征在于，所述非导磁支撑架(4)弧形设置。6.磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制装置，其特征在于，包括控制单元、clark变换单元、比例积分控制器、位移检测传感器以及电流传感器；所述位移检测传感器检测转子的径向位移量，位移检测传感器输出端连接比例积分控制器，比例积分控制器输出端连接控制单元；所述电流传感器输检测悬浮绕组的实时电流信号，电流传感器输出端连接clark变换单元，clark变换单元输出端连接控制单元；
所述控制单元输出端的设置方式包括以下E和F两种中任意一种：E：所述接控制单元输出端设有一路三相全桥逆变电路，三相全桥逆变电路包括三个桥臂，各桥臂包括互补导通的上开关管和下开关管，各开关管耦接于径向力定子(1)；F：所述接控制单元输出端设有两路并联的三相全桥逆变电路，各路三相全桥逆变电路均包括三个桥臂，各桥臂包括互补导通的上开关管和下开关管，其中一路三相全桥逆变电路中各开关管耦接于一个定转模组的径向力定子(1)，另一路三相全桥逆变电路中各开关管耦接于另一个定转模组的径向力定子(1)。7.根据权利要求6所述的磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制装置，其特征在于，所述接控制单元输出端设有一路不对称桥式驱动电路，不对称桥式驱动电路耦接于转矩定子(3)。8.根据权利要求6所述的磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制装置，其特征在于，所述接控制单元输出端设有两路并联的不对称桥式驱动电路，其中一路不对称桥式驱动电路耦接于一个定转模组的转矩定子(3)，另一路不对称桥式驱动电路耦接于另一个定转模组的转矩定子(3)。9.磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：循环迭代以下步骤，直到转子X轴和Y轴的径向位移量与预设的参考位移的差值为0：获取转子X轴和Y轴的径向位移量；获取悬浮绕组X轴和Y轴的实时电流信号；利用获取的径向位移量、实时电流信号以及预设的参考位移计算电流参考值和电流误差值；利用实时电流信号、电流参考值和电流误差值计算扇区判别坐标，并将扇区判别坐标映射入预设的矢量扇区；根据扇区判别坐标在矢量扇区的位置，确定三相全桥逆变电路中各桥臂的开关管的导通状态及各导通状态顺序；根据三相全桥逆变电路中各桥臂的开关管的导通状态及各导通状态顺序调整各导通状态持续时长，用以控制磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力，使转子保持在参考位移上。10.根据权利要求9所述的磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制方法，其特征在于，所述利用获取的径向位移量、实时电流信号以及预设的参考位移计算电流误差值包括：计算径向位移量与参考位移的差值，获得位移信号差；利用位移信号差计算电流参考值，并利用电流参考值计算实时电流信号与电流参考值的差值，获得电流误差值。11.根据权利要求9所述的磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制方法，其特征在于，所述利用实时电流信号、电流参考值和电流误差值计算扇区判别坐标(
△
i
x
',
△
i
y
')包括下式：')包括下式：式中，R为三相悬浮绕组的电阻值，L为三相悬浮绕组的电感值，T
s
为一个控制周期的时长，i
xref
为悬浮绕组X轴的电流参考值，i
yref
为悬浮绕组Y轴的电流参考值，i
x
为悬浮绕组X轴的实时电流信号，i
y
为悬浮绕组Y轴的实时电流信号，
△
i
x
为悬浮绕组X轴的电流误差值，
△
i
y
为悬浮绕组Y轴的电流误差值。12.根据权利要求9所述的磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制方法，其特征在于，所述矢量扇区包括顺次设置在xoy坐标第一相至第四相的六个扇区，各扇区的圆心角均为60
°
；其中，X轴与A相悬浮绕组的中心线重合，Y轴与BC相悬浮绕组的中心线重合。13.根据权利要求9所述的磁悬浮开关磁阻电机的悬浮力控制方法，其特征在于，所述根据扇区判别坐标在矢量扇区的位置，确定三相全桥逆变电路中各桥臂的开关管的导通状态及各导通状态顺序包括：当扇区判别坐标在矢量扇区的第一扇区时，三相全桥逆变电路中各桥臂的开关管的导通状态及各导通状态顺序依次为：V0→
V4→
V6→
V7→
V6→
V4→
V0；当扇区判别坐标在矢量扇区的第二扇区时，三相全桥逆变电路中各桥臂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽远，王振，张文峰，杨艳，刘程子，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：