本發(fā)明涉及無軸承電機控制，主要涉及一種基于磁場調制理論的消除反轉磁勢的薄片電機單相斷路容錯電流重構方法。

背景技術：

1、薄片電機在運行過程中，懸浮繞組一旦發(fā)生斷路故障，懸浮性能將大大降低，造成不必要的損失。已有的關于有軸承電機的容錯方法并不能完全適用于薄片電機的懸浮繞組斷路容錯。已有的關于薄片電機的斷路容錯方法，并沒有從消除懸浮脈動，維持薄片電機穩(wěn)定懸浮的角度出發(fā)，而是基于功率最優(yōu)約束，對剩余電流進行方程求解，在求解過程中忽略了反轉磁勢對懸浮力的影響，重構出的電流雖然能夠使得電機繼續(xù)懸浮，但轉子徑向位移變大，懸浮性能下降。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對上述背景技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于磁場調制理論，在電流重構過程中抵消反轉磁勢的單相斷路容錯控制方法。相比于傳統(tǒng)的斷路重構電流，本發(fā)明重構的電流抵消了反轉磁勢，消除了懸浮力脈動，更加適用于對薄片電機進行斷路容錯控制。

2、技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

3、一種基于磁場調制理論的消除反轉磁勢的薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，采用了六齒一對極的電機結構；包括6個l型定子；每個l型定子包括軸向的定子軛和徑向定子齒，環(huán)繞在薄片狀轉子周圍，徑向定子齒與轉子平齊，每個軸向定子軛分別繞有懸浮繞組和轉矩繞組，所述轉矩繞組為一對極，懸浮繞組為兩對極，同時實現(xiàn)懸浮控制和旋轉控制；所述l型定子底部通過鐵心導磁環(huán)相連；所述薄片狀轉子外側貼有一對極永磁體；基于此電機結構，構建單相斷路后余相電流在氣隙中形成的磁勢；具體地，

4、以斷路相作為機械角度為0°的初始相，考慮一對極與二對極的合成磁勢，具體的一對極與二對極的合成磁勢表達式如式(5)所示:

5、

6、式中，f1a、f1b、f1c、f1d、f1e、f2a、f2b、f2c、f2d、f2e分別為五相繞組一對極與二對極的磁勢，a、b、c、d、e分別為五相電流的相位。。

7、根據(jù)公式(5)的一對極與二對極的合成磁勢表達式，提取的反轉磁勢表達式可表示為公式(6)的形式：

8、

9、式中，f1af、f1bf、f1cf、f1df、f1ef、f2af、f2bf、f2cf、f2df、f2ef分別為五相繞組一對極與二對極的反轉磁勢。

10、根據(jù)式(6)的反轉磁勢表達式，將一對極與二對極的反轉磁勢等效成關于一對極與二對極的兩組共十個矢量，具體如式(7)所示：

11、

12、式中，f1a、f1b、f1c、f1d、f1e、f2a、f2b、f2c、f2d、f2e分別為五相繞組一對極與二對極的反轉磁勢等效成的矢量。

13、根據(jù)矢量的疊加原理，為了使五個等幅值的矢量相互疊加后抵消，有兩種疊加方式，方式一是五個矢量可以構成等邊五邊形而相互抵消，方式二是其中兩個矢量之間相位相差180°后相互抵消，剩下三個矢量構成等邊三角形相互抵消，具體方案如圖1所示。

14、由于有一對極與二對極的兩組反轉磁勢需要抵消，因此理論上共有四種方案可以選擇。就本文示例而言，當一組矢量采用構成等邊五邊形的方式去抵消反轉磁勢時，另一組矢量無論采用哪種方法，都無法做到矢量和為零，因此，方法一不在考慮范圍之內，只能選擇方法二對兩組反轉磁勢進行抵消。

15、基于上述原則，按照圖2的抵消過程進行電流構造后，新的五相電流如式(8)所示：

16、

17、本發(fā)明還提供一種薄片電機，當電機f相斷路時，其余五相注入式(4)所示的重構電流，消除反轉磁勢，減小懸浮力脈動。

18、本發(fā)明提供的考慮了定子開槽影響的不平衡磁拉力精確數(shù)學模型，與現(xiàn)有模型相比，具有以下有益效果：

19、(1)在電流重構過程中抵消了一對極與二對極的反轉磁勢，消除了懸浮力脈動，獲得了平穩(wěn)的懸浮力。

20、(2)容錯前后的氣隙磁勢不變，懸浮力保持平穩(wěn)不變，整個控制系統(tǒng)保持不變。

21、(3)電流重構過程簡單，重構的電流形式簡單，便于容錯電流的輸入與電機控制。

22、(4)容錯前后的懸浮性能不變，相比于已有的容錯電流重構方法，大幅提高了容錯后的電機性能。

技術特征：

1.一種薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，所述電機采用六齒一對極的電機結構，其特征在于，所述方法包括如下步驟：首先根據(jù)磁勢的計算公式，寫出單相斷路后余相電流在氣隙中的磁勢表達式；根據(jù)所得磁勢表達式，提取其中的反轉磁勢表達式；將一對極與二對極的反轉磁勢等效成關于一對極與二對極的兩組共十個矢量；重新構造剩余電流的相位使得關于一對極的反轉磁勢的五個矢量的矢量和為零，同時使得關于兩對極的反轉磁勢的五個矢量的矢量和為零，將重構的電流注入到電機后，電機不存在反轉磁勢，減小了懸浮力脈動。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，其特征在于，所述電機結構包括6個l型定子；每個l型定子包括軸向的定子軛和徑向定子齒，環(huán)繞在薄片狀轉子周圍，徑向定子齒與轉子平齊，每個軸向定子軛分別繞有懸浮繞組和轉矩繞組，所述轉矩繞組為一對極，懸浮繞組為兩對極，同時實現(xiàn)懸浮控制和旋轉控制；所述l型定子底部通過鐵心導磁環(huán)相連；所述薄片狀轉子外側貼有一對極永磁體。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，其特征在于，基于所述電機結構，所述方法包括如下步驟：

4.根據(jù)權利要求3所述的一種薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，其特征在于，根據(jù)矢量的疊加原理，使五個等幅值的矢量相互疊加后抵消的方式是其中兩個矢量之間相位相差180°后相互抵消，剩下三個矢量構成等邊三角形相互抵消。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，其特征在于，矢量疊加抵消過程進行電流構造后，新的五相電流如式(4)所示：

6.一種薄片電機，其特征在于，當電機f相斷路時，其余五相注入權利要求5中式(4)所示的重構電流，消除反轉磁勢，減小懸浮力脈動。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于磁場調制理論的消除反轉磁勢的薄片電機單相斷路容錯電流重構方法，采用了六齒一對極的電機結構；首先根據(jù)磁勢的計算公式，寫出單相斷路后余相電流在氣隙中的磁勢表達式；根據(jù)所得磁勢表達式，提取其中的反轉磁勢表達式；將反轉磁勢的表達式等效成磁矢量，等效后分為兩組共十個矢量；構造符合其中兩個矢量之間相位相差180°后相互抵消，剩下三個矢量構成等邊三角形相互抵消的余相電流；符合上述條件的五相電流同時滿足反轉磁勢為0，且懸浮力與不容錯時保持一致，沒有懸浮力脈動。本發(fā)明彌補了傳統(tǒng)單相斷路后的重構電流應用在薄片電機中的不足，提高了薄片電機容錯后的懸浮性能，增強了實用性。

技術研發(fā)人員：王宇,王鎖
受保護的技術使用者：南京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2