專利名稱:一種無軸承無刷直流電機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種無軸承無刷直流電機(jī),是一種短距繞組和Halbach陣列(徑向和切向混合排列陣列)永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三相無軸承無刷直流電機(jī),應(yīng)用于人工心臟血泵、左心室輔助裝置、手術(shù)切割電鋸等特殊領(lǐng)域。
背景技術(shù):
無軸承無刷直流電機(jī)是在傳統(tǒng)的無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將磁軸承和無刷直流電機(jī)一體化的新型電機(jī)。它將懸浮力繞組直接放置在定子槽中,使懸浮力繞組與轉(zhuǎn)矩繞組共用定子鐵心。目前常用的無軸承無刷直流電機(jī)為整距或長距繞組,共齒的懸浮力繞組和轉(zhuǎn)矩繞組同時(shí)通電,兩者所產(chǎn)生的磁場通過氣隙共同作用于永磁轉(zhuǎn)子,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮與旋轉(zhuǎn),可以極大地減少電機(jī)的體積和軸向長度,有利于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的微型化和高速或超高速化,在航空航天、國防、醫(yī)療和家用電器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。而這種無軸承無刷直流電機(jī)存在的問題主要有懸浮力繞組和轉(zhuǎn)矩繞組產(chǎn)生的磁場相互作用,較難實(shí)現(xiàn)懸浮力和轉(zhuǎn)矩之間的有效解耦;由于電機(jī)電流為方波直流,用于傳統(tǒng)電機(jī)控制的坐標(biāo)變換方法難以應(yīng)用到無軸承無刷直流電機(jī)中;受材料性能和價(jià)格等因素影響,僅從永磁材料上來提高電機(jī)氣隙磁密的可選擇余地不大,因此難以滿足對較大懸浮力的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有無軸承無刷直流電機(jī)控制復(fù)雜、永磁材料利用率低、懸浮力小等問題而提出一種控制簡單、永磁材料利用率高、懸浮力大的無軸承無刷直流電機(jī);本發(fā)明的另一目的是提出一種無軸承無刷直流電機(jī)的控制方法,能提高無軸承無刷直流電機(jī)的性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明無軸承無刷直流電機(jī)采用如下技術(shù)方案由定子磁軛、定子齒、永磁體、轉(zhuǎn)軸、懸浮力繞組、轉(zhuǎn)矩繞組和轉(zhuǎn)子鐵心組成,定子磁軛同軸內(nèi)套轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸外同軸固定套裝轉(zhuǎn)子鐵心,永磁體以Halbach陣列均勻分布在轉(zhuǎn)子鐵心表面,有12個(gè)定子齒均勻固定于定子磁軛的內(nèi)圓周面上;轉(zhuǎn)矩繞組采用短距繞組且由A、B、C三相轉(zhuǎn)矩繞組組成,A相轉(zhuǎn)矩繞組由依次串聯(lián)的Al、A2、A3、A4線圈組成,B相轉(zhuǎn)矩繞組由依次串聯(lián)的Bi、 B2、B3、B4線圈組成,C相轉(zhuǎn)矩繞組由依次串聯(lián)的Cl,C2,C3,C4線圈組成,轉(zhuǎn)矩繞組的線圈按Al、Bi、Cl、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4線圈的順序依次沿逆時(shí)針方向纏繞于一個(gè)定子齒上;懸浮力繞組采用短距繞組且由a、b、c三相懸浮力繞組組成,a相懸浮力繞組由串聯(lián)的al、a2線圈組成,b相懸浮力繞組由串聯(lián)的bl、l32線圈組成,c相懸浮力繞組由串聯(lián)的 cl、c2線圈組成,懸浮力繞組的線圈按al、Cl、bl、a2、C2、l32線圈的順序依次沿逆時(shí)針方向纏繞于一個(gè)定子齒上且每兩個(gè)懸浮力繞組的線圈之間間隔一個(gè)定子齒。上述無軸承無刷直流電機(jī)的控制方法的技術(shù)方案是采用如下步驟1)在轉(zhuǎn)軸軸端設(shè)置霍爾傳感器以檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角〃,將霍爾傳感器的輸出端分別連接微分模塊、懸浮力電流給定值計(jì)算模塊和轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊;將電機(jī)給定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ經(jīng)微分模塊得到的實(shí)際轉(zhuǎn)速^^之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器得到電流給定值尸,將該電流給定值尸輸至轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊;將懸浮力電流給定值計(jì)算模塊的輸入端分別連接第一、 第二 PID調(diào)節(jié)器、輸出端依次連接第一電流跟蹤型逆變器和懸浮力繞組;將轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊的輸入端連接PI調(diào)節(jié)器、輸出端依次連接第二電流跟蹤型逆變器和轉(zhuǎn)矩繞組;在轉(zhuǎn)子徑向χ、y軸方向分別設(shè)置第一、第二電渦流位移傳感器以檢測二 y軸方向?qū)嶋H位移,將電機(jī)給定的χ、y軸方向參考位移Z、/與χ、y軸方向的實(shí)際位移之差分別經(jīng)第一、第二 PID調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)子a y軸方向的給定懸浮力F:、F;,將懸浮力F:、F;均輸至懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊;2)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ與電流給定值尸經(jīng)轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊得到三相轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值i/,i/,i。*;將給定懸浮力廠/、/7;和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ 經(jīng)懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊得到三相懸浮力繞組給定電流i/,i, i: ;3)將三相轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值i/,i;, iJ經(jīng)第二電流跟蹤型逆變器得到三相轉(zhuǎn)矩繞組的輸入電流iA, iB,ic ;將三相懸浮力繞組電流給定值i:,i;, i經(jīng)第一電流跟蹤型逆變器得到三相懸浮力繞組的輸入電流ia,ib,i。。本發(fā)明的有益效果是永磁體采用聚磁功能優(yōu)良的Halbach陣列結(jié)構(gòu),可以增加氣隙磁密、增大懸浮力和節(jié)省永磁材料,減小電機(jī)重量;轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮力繞組均采用短距繞組,任意一相轉(zhuǎn)矩繞組通電時(shí),同齒的懸浮力繞組總不通電,從而極大減小了轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮力繞組之間的相互影響;由轉(zhuǎn)速閉環(huán)和轉(zhuǎn)子徑向位移閉環(huán)構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng),可以分別實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩和懸浮力的有效控制。
圖1是本發(fā)明無軸承無刷直流電機(jī)的繞組布置及Halbach陣列永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中永磁體13的磁力線分布示意圖; 圖3是永磁體等效之后的永磁轉(zhuǎn)子在位置θ角的電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4(1)、(2), (3)分別是a相、b相、c相懸浮力繞組中任意兩相通電時(shí)懸浮力產(chǎn)生的相位,圖4(1)是b、c通電時(shí)懸浮力相位,圖4 (2)是a、c通電時(shí)懸浮力相位,圖4 (3)是 a、b通電時(shí)懸浮力相位;
圖5是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖中11一定子磁軛;12—定子齒;13—永磁體;14一轉(zhuǎn)軸;15—懸浮力繞組;16—轉(zhuǎn)矩繞組;17—轉(zhuǎn)子鐵心;21—磁力線;31—等效永磁體;51、53—電流跟蹤型逆變器;54— 懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊;55—轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊;56、57—第一、第二 PID調(diào)節(jié)器;58—微分模塊;59—PI調(diào)節(jié)器;60—霍爾傳感器;61、62—第一、第二電渦流位移傳感器。
具體實(shí)施例方式參見圖1-3,電機(jī)由定子磁軛11、定子齒12、永磁體13、轉(zhuǎn)軸14、懸浮力繞組15、轉(zhuǎn)矩繞組16和轉(zhuǎn)子鐵心17組成。定子磁軛11為圓筒形,定子磁軛11內(nèi)套轉(zhuǎn)軸14,轉(zhuǎn)軸14 外固定套裝轉(zhuǎn)子鐵心17,永磁體13以Halbach陣列(徑向和切向混合排列陣列)均勻分布在轉(zhuǎn)子鐵心17表面。且定子磁軛11、轉(zhuǎn)軸14和轉(zhuǎn)子鐵心17三者同軸。有12個(gè)定子齒12 均勻固定在定子磁軛11的內(nèi)圓周面上,懸浮力繞15組和轉(zhuǎn)矩繞組16均纏繞在定子齒12 上。轉(zhuǎn)矩繞組16由A、B、C三相轉(zhuǎn)矩繞組組成,采用短距繞組,每相轉(zhuǎn)矩繞組由四個(gè)線圈組成,共12個(gè)線圈。其中,A相轉(zhuǎn)矩繞組由Al、A2、A3、A4線圈組成;B相轉(zhuǎn)矩繞組由 B1、B2、B3、B4線圈組成;C相轉(zhuǎn)矩繞組由Cl,C2,C3,C4線圈組成。這12個(gè)線圈的每個(gè)線圈各纏繞在一個(gè)定子齒12上,并且按Al —Bi —Cl —A2 —B2 —C2 —A3 —B3 —C3 —A4 —B4 — C4線圈的順序依次沿逆時(shí)針方向分布于相應(yīng)的定子齒12上,其中,A1、A2、A3和A4線圈依次串聯(lián),作為A相轉(zhuǎn)矩繞組,Bi、B2、B3和B4線圈依次串聯(lián),作為B相轉(zhuǎn)矩繞組,Cl、C2、C3 和C4依次串聯(lián),作為C相轉(zhuǎn)矩繞組。懸浮力繞組15由a、b、c三相懸浮力繞組組成,采用短距繞組,每相懸浮力繞組由兩個(gè)線圈組成,共6個(gè)線圈。其中,a相懸浮力繞組由al、a2線圈組成,b相懸浮力繞組由bl、 1^2線圈組成,c相懸浮力繞組由cl、c2線圈組成。6個(gè)線圈中的每個(gè)線圈均纏繞在一個(gè)定子齒12上,每兩個(gè)線圈之間間隔一個(gè)定子齒12,并且6個(gè)線圈按al — cl — bl — a2 — c2 — 線圈的順序依次沿逆時(shí)針方向分布。將al、a2線圈串聯(lián),作為a相懸浮力繞組,將bl、b2 線圈串聯(lián),作為b相懸浮力繞組,將cl、c2線圈串聯(lián),c相作為懸浮力繞組。永磁體13是按Halbach陣列布置,是將傳統(tǒng)永磁體按徑向和切向陣列排列在一起的磁性結(jié)構(gòu),可以使永磁體一邊的磁場增強(qiáng)而另一邊的磁場減弱。圖1中永磁體13中箭頭方向表示充磁方向。將圖1中的永磁體13取出,其磁力線21分布如圖2所示。為分析方便,按照磁力線分布規(guī)則,可將圖2等效為圖3中的等效永磁體31結(jié)構(gòu)。由永磁體13等效之后的等效永磁體31有4個(gè)磁極,每個(gè)磁極內(nèi)部的磁場方向由S’指向N’,由于Halbach陣列的聚磁功能,磁極外圓周表面的磁場強(qiáng)度大于內(nèi)圓周表面的磁場強(qiáng)度。電機(jī)工作時(shí),轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),三相轉(zhuǎn)矩繞組16通電順序取決于轉(zhuǎn)子角位置θ, 任意一相轉(zhuǎn)矩繞組16通電時(shí),同齒的懸浮力繞組總不通電,而是由另外兩個(gè)懸浮力繞組通電所產(chǎn)生的可控懸浮力來支承轉(zhuǎn)子。三相轉(zhuǎn)矩繞組16導(dǎo)通次序依次為A相轉(zhuǎn)矩繞組一B相轉(zhuǎn)矩繞組一C相轉(zhuǎn)矩繞組,任意時(shí)刻有且只有一相轉(zhuǎn)矩繞組16 (Α,B或C轉(zhuǎn)矩繞組)導(dǎo)通。 參見圖4(1)、4 (2),4 (3),任意時(shí)刻有且只有兩相懸浮力繞組15 (即a和b懸浮力繞組,a 和c懸浮力繞組或者b和c懸浮力繞組)導(dǎo)通,a相、b相、c相懸浮力繞組導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的懸浮力分別沿a’,b’,C’軸方向分布,懸浮力繞組15的任意兩相導(dǎo)通時(shí)所產(chǎn)生的懸浮力方向 (a'和b’,a'和c’或者b’和c’)共同決定一個(gè)平面,改變相應(yīng)兩相懸浮力繞組電流的大小,可以產(chǎn)生在此平面內(nèi)大小和方向可控的懸浮力,從而支承轉(zhuǎn)子懸浮。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角0位置在0 30°、90° 120°、180° 210°或270° 300°之間時(shí),A相轉(zhuǎn)矩繞組通電,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn);b相和c相懸浮力繞組通電,分別產(chǎn)生沿 b’,c’方向的懸浮力,由其合力支承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ位置在30°飛0°、 120° 150°、210° ^240°或300° 330°之間時(shí),B相轉(zhuǎn)矩繞組通電,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn);a相和c相懸浮力繞組通電,分別產(chǎn)生沿a’、c’方向的懸浮力,由其合力支承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。當(dāng)轉(zhuǎn)子角位置在60° 90°、150° 180° ,240° 270°或330° 360°之間時(shí), C相轉(zhuǎn)矩繞組通電,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn);a相和b相懸浮力繞組通電,分別產(chǎn)生沿a’、b’ 方向的懸浮力,由其合力支承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。
如圖5所示,實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所述的無軸承無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)是由第一、第二電流跟蹤型逆變器51,53,懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊M,轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊陽,微分模塊58,第一、第二 PID調(diào)節(jié)器56,57,PI調(diào)節(jié)器59,第一、第二電渦流位移傳感器61,62,霍爾傳感器60和無軸承無刷直流電機(jī)52構(gòu)成的。在無軸承無刷直流電機(jī) 52的轉(zhuǎn)軸14的軸端設(shè)置霍爾傳感器60,用以檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角〃,霍爾傳感器60的輸出端分別連接微分模塊58、懸浮力電流給定值計(jì)算模塊M和轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊55的輸入端,將轉(zhuǎn)軸14的位置信號(hào)分別輸入各模塊中。懸浮力電流給定值計(jì)算模塊M的輸入端分別連接第一、第二 PID調(diào)節(jié)器56,57的輸出端,懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊M的輸出端連接第一電流跟蹤型逆變器51的輸入端,第一電流跟蹤型逆變器51的輸出端連接無軸承無刷直流電機(jī)52的三相懸浮力繞組 15的輸入端。轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊55的輸入端連接PI調(diào)節(jié)器59的輸出端,轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊陽的輸出端連接第二電流跟蹤型逆變器53的輸入端,第二電流跟蹤型逆變器53的輸出端連接無軸承無刷直流電機(jī)52的三相轉(zhuǎn)矩繞組16的輸入端。在無軸承無刷直流電機(jī)52的轉(zhuǎn)子徑向χ軸方向中設(shè)置第一電渦流位移傳感器61, 在無軸承無刷直流電機(jī)52的轉(zhuǎn)子徑向y軸方向中設(shè)置第二電渦流位移傳感器62,利用第一電渦流位移傳感器61檢測無軸承無刷直流電機(jī)52的轉(zhuǎn)子得到ζ軸方向?qū)嶋H位移,將給定的χ軸方向參考位移Z與χ軸方向?qū)嶋H位移之差經(jīng)過第一 PID調(diào)節(jié)器56得到無軸承無刷直流電機(jī)52的轉(zhuǎn)子χ軸方向的給定懸浮力F:,將該懸浮力F:輸至懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊討中。同理,利用軸方向的第二電渦流位移傳感器62檢測無軸承無刷直流電機(jī)52得到轉(zhuǎn)子_7軸方向?qū)嶋H位移,將給定的_7軸方向參考位移/與_7軸方向?qū)嶋H位移之差經(jīng)過第二 PID調(diào)節(jié)器57得到無軸承無刷直流電機(jī)52的轉(zhuǎn)子軸方向給定懸浮力F;, 將該懸浮力K輸至懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊討中。霍爾傳感器60檢測得到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ經(jīng)微分模塊58得到無軸承無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速c^,將無軸承無刷直流電機(jī) 52的給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速《,之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器59得到電流給定值尸,將該流給定值f輸至轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊陽中。上述控制系統(tǒng)通過無軸承無刷直流電機(jī)給定轉(zhuǎn)速與檢測得實(shí)際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值來控制轉(zhuǎn)矩繞組輸入電流,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制;通過給定轉(zhuǎn)子徑向位移與檢測得實(shí)際位移之差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器輸出的懸浮力給定值來控制懸浮力繞組輸入電流,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子徑向位移閉環(huán)控制,具體步驟如下
a.采用霍爾傳感器60檢測得到所述無軸承無刷直流電機(jī)52轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ;
b.將步驟a所述的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ經(jīng)微分模塊58得到無軸承無刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速^r ;
c.將所述無軸承無刷直流電機(jī)52的給定轉(zhuǎn)速與步驟b所述的實(shí)際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器59得到電流給定值f ;
d.將步驟a所得的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ與步驟c所得的電流給定值尸經(jīng)過轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊55得到三相轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值i/,i/,i。* ;其中轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊陽的電流給定值計(jì)算方法由下表獲得
表1三相轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種無軸承無刷直流電機(jī),由定子磁軛(11)、定子齒(12 )、永磁體(13 )、轉(zhuǎn)軸(14)、 懸浮力繞組(15)、轉(zhuǎn)矩繞組(16)和轉(zhuǎn)子鐵心(17)組成,定子磁軛(11)同軸內(nèi)套轉(zhuǎn)軸(14), 轉(zhuǎn)軸(14)外同軸固定套裝轉(zhuǎn)子鐵心(17),其特征在于永磁體(13)以Halbach陣列均勻分布在轉(zhuǎn)子鐵心(17)表面,有12個(gè)定子齒(12)均勻固定于定子磁軛(11)的內(nèi)圓周面上; 轉(zhuǎn)矩繞組(16)采用短距繞組且由A、B、C三相轉(zhuǎn)矩繞組組成,A相轉(zhuǎn)矩繞組由依次串聯(lián)的Al、 A2、A3、A4線圈組成,B相轉(zhuǎn)矩繞組由依次串聯(lián)的B1、B2、B3、B4線圈組成,C相轉(zhuǎn)矩繞組由依次串聯(lián)的Cl,C2,C3,C4線圈組成,轉(zhuǎn)矩繞組的線圈按Al、Bi、Cl、A2、B2、C2、A3、B3、C3、 A4、B4、C4線圈的順序依次沿逆時(shí)針方向纏繞于一個(gè)定子齒(12)上;懸浮力繞組(15)采用短距繞組且由a、b、c三相懸浮力繞組組成,a相懸浮力繞組由串聯(lián)的al、a2線圈組成,b相懸浮力繞組由串聯(lián)的bl、l32線圈組成,c相懸浮力繞組由串聯(lián)的cl、c2線圈組成,懸浮力繞組的線圈按al、Cl、bl、a2、C2、l32線圈的順序依次沿逆時(shí)針方向纏繞于一個(gè)定子齒(12)上且每兩個(gè)懸浮力繞組的線圈之間間隔一個(gè)定子齒(12)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的無軸承無刷直流電機(jī)的控制方法,其特征在于采用如下步驟1)在轉(zhuǎn)軸(14)軸端設(shè)置霍爾傳感器(60)以檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角〃,將霍爾傳感器(60)的輸出端分別連接微分模塊(58)、懸浮力電流給定值計(jì)算模塊(54)和轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊(55);將電機(jī)給定轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ經(jīng)微分模塊(58)得到的實(shí)際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器(59 )得到電流給定值I*,將該電流給定值I*輸至轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊(55);將懸浮力電流給定值計(jì)算模塊(54)的輸入端分別連接第一、第二 PID調(diào)節(jié)器 (56,57)、輸出端依次連接第一電流跟蹤型逆變器(51)和懸浮力繞組(15);將轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊(55)的輸入端連接PI調(diào)節(jié)器(59)、輸出端依次連接第二電流跟蹤型逆變器(53)和轉(zhuǎn)矩繞組(16);在轉(zhuǎn)子徑向x、y軸方向分別設(shè)置第一、第二電渦流位移傳感器 (61,62)以檢測a y軸方向?qū)嶋H位移,將電機(jī)給定的A y軸方向參考位移Z、/與A y軸方向的實(shí)際位移之差分別經(jīng)第一、第二 PID調(diào)節(jié)器(56、57)得到轉(zhuǎn)子二 y軸方向的給定懸浮力/T、/7/,將懸浮力廠/、/7;均輸至懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊(54);2)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ與電流給定值尸經(jīng)轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值計(jì)算模塊(55)得到三相轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值i/,i/,ic*;將給定懸浮力廠/、廠/和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角〃經(jīng)懸浮力繞組電流給定值計(jì)算模塊(54)得到三相懸浮力繞組給定電流ia*,i, ;3)將三相轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值i/,i,i經(jīng)第二電流跟蹤型逆變器(53)得到三相轉(zhuǎn)矩繞組的輸入電流厶,h, i'c ;將三相懸浮力繞組電流給定值i/, , i。*經(jīng)第一電流跟蹤型逆變器(51)得到三相懸浮力繞組的輸入電流ia,ih, i。。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法,其特征在于只有一相所述轉(zhuǎn)矩繞組(16)和兩相所述懸浮力繞組(15)通電,且任一相所述轉(zhuǎn)矩繞組通電時(shí),同齒的懸浮力繞組總不通電,由另外兩個(gè)所述懸浮力繞組通電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法,其特征在于當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ位置在(Γ30°、 90° 120°、180° 210°或270° 300°之間時(shí),A相轉(zhuǎn)矩繞組及b相和c相懸浮力繞組通電;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角P位置在30° 60°、120° 150°、210° 240°或300° 330°之間時(shí),B 相轉(zhuǎn)矩繞組及a相和c相懸浮力繞組通電;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角〃位置在60° 90°、150° 180°、 240° 270°或330° 360°之間時(shí),C相轉(zhuǎn)矩繞組及a相和b相懸浮力繞組通電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無軸承無刷直流電機(jī)及其控制方法,永磁體以Halbach陣列均勻分布轉(zhuǎn)子鐵心表面;轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮力繞組均采用短距繞組結(jié)構(gòu),共同纏繞在定子齒上;每兩個(gè)懸浮力繞組的線圈之間間隔一個(gè)定子齒;通過給定轉(zhuǎn)速與檢測得實(shí)際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩繞組電流給定值來控制轉(zhuǎn)矩繞組輸入電流,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制;通過給定轉(zhuǎn)子徑向位移與檢測得實(shí)際位移之差經(jīng)PID調(diào)節(jié)器輸出的懸浮力給定值來控制懸浮力繞組輸入電流,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子徑向位移閉環(huán)控制;采用本發(fā)明控制方法不僅可實(shí)現(xiàn)對無軸承無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩和懸浮力的有效控制,還可節(jié)省永磁材料,減小電機(jī)重量。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102368657SQ201110281550
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者孫曉東, 朱熀秋, 潘偉, 許波, 陳雷剛 申請人:江蘇大學(xué)