本發(fā)明涉及無軸承電機(jī)控制，主要涉及一種基于磁場調(diào)制理論的消除反轉(zhuǎn)磁勢的薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

1、薄片電機(jī)在運(yùn)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(guān)于有軸承電機(jī)的容錯方法并不能完全適用于薄片電機(jī)的懸浮繞組斷路容錯。已有的關(guān)于薄片電機(jī)的斷路容錯方法，并沒有從消除懸浮脈動，維持薄片電機(jī)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(jìn)行方程求解，在求解過程中忽略了反轉(zhuǎn)磁勢對懸浮力的影響，重構(gòu)出的電流雖然能夠使得電機(jī)繼續(xù)懸浮，但轉(zhuǎn)子徑向位移變大，懸浮性能下降。

2、文件《一種薄片電機(jī)單相斷路容錯電流重構(gòu)方法(202411260114.x)》公布了一種單相斷路容錯電流重構(gòu)方法，核心思想是將五個矢量分成兩組，一組的三個矢量構(gòu)成三角形，一組的兩個矢量相位相反，且五相電流幅值相等。

3、當(dāng)電機(jī)由兩相斷路時，上述控制思想不再適用。一是分組條件不滿足，一組為三個矢量時，剩余一個矢量無法抵消；二是即使消除了一對極磁勢，五相電流幅值相等難以消除二對極磁勢。

4、同時，現(xiàn)有技術(shù)還無法對相隔一相的兩相斷路進(jìn)行容錯控制，限制了兩相斷路容錯控制的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于磁場調(diào)制理論，在電流重構(gòu)過程中抵消反轉(zhuǎn)磁勢的任意兩相斷路容錯控制方法。相比于傳統(tǒng)的斷路重構(gòu)電流，本發(fā)明重構(gòu)的電流在不能實(shí)現(xiàn)矢量分組以及二對極磁勢難以抵消的前提了實(shí)現(xiàn)一對極磁勢構(gòu)成長方形，通過電流不等幅值設(shè)計(jì)抵消二對極磁勢，抵消了反轉(zhuǎn)磁勢，消除了懸浮力脈動，且適用于任意兩相斷路的情況，更加適用于對薄片電機(jī)進(jìn)行斷路容錯控制。

2、技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，所述電機(jī)采用六齒一對極的電機(jī)結(jié)構(gòu)，所述方法包括如下步驟：首先根據(jù)磁勢的計(jì)算公式，給出兩相斷路后余相電流在氣隙中的磁勢表達(dá)式；根據(jù)磁勢表達(dá)式，提取其中的反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式；根據(jù)反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式，將一對極與二對極的反轉(zhuǎn)磁勢等效成關(guān)于一對極與二對極的兩組共八個矢量；重構(gòu)剩余相的電流的相位使得關(guān)于一對極的四個矢量構(gòu)成長方形，同時，重構(gòu)剩余相的電流的相位和幅值比例使得關(guān)于二對極的四個矢量之和為零；構(gòu)造符合矢量之間兩兩相位相差180°后相互抵消的余相電流。

4、優(yōu)選的，所述電機(jī)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子周圍，徑向定子齒與轉(zhuǎn)子平齊，每個軸向定子軛分別繞有懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組，所述轉(zhuǎn)矩繞組為一對極，懸浮繞組為兩對極，同時實(shí)現(xiàn)懸浮控制和旋轉(zhuǎn)控制；所述l型定子底部通過鐵心導(dǎo)磁環(huán)相連；所述薄片狀轉(zhuǎn)子外側(cè)貼有一對極永磁體。

5、優(yōu)選的，以相隔一相的兩相斷路為例，所述方法包括如下步驟：斷路相的機(jī)械角度分別為0°和120°，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(dá)式如式(1)所示：

6、

7、式中，f1b、f1d、f1e、f1f、f2b、f2d、f2e、f2f分別為四相繞組一對極與二對極的磁勢，b、d、e、f分別為四相電流的相位；為一對極磁勢的幅值，為二對極磁勢的幅值，θ為轉(zhuǎn)子位置角，ωt為電機(jī)同步電角頻率；

8、根據(jù)公式(1)的一對極與二對極的合成磁勢表達(dá)式，提取的反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式表示為公式(2)的形式：

9、

10、式中，f1bf、f1df、f1ef、f1ff、f2bf、f2df、f2ef、f2ff分別為四相繞組一對極與二對極的反轉(zhuǎn)磁勢；

11、根據(jù)式(2)的反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式，將一對極與二對極的反轉(zhuǎn)磁勢等效成關(guān)于一對極與二對極的兩組共八個矢量，具體如式(3)所示：

12、

13、式中，f1b、f1d、f1e、f1f、f2b、f2d、f2e、f2f分別為四相繞組一對極與二對極的反轉(zhuǎn)磁勢等效成的矢量；

14、令b＝e＝d-30°＝f+30°，那么f1b、f1d、f1e、f1f的相位依次相差90°，則這四個矢量首尾相連組成長方形，矢量和為零；令b＝e＝d-30°＝f+30°，f2b和f2e合成的矢量與f2d和f2f合成的矢量相位相差180°，初始長度之比為b(e)相電流與d(f)相電流幅值之比為使得f2b和f2e合成的矢量與f2d和f2f合成的矢量之和為零；

15、使f1b、f1d、f1e、f1f、f2b、f2d、f2e、f2f中四個矢量相互疊加后抵消，按抵消過程進(jìn)行電流構(gòu)造后，新的四相電流如式(4)所示：

16、

17、優(yōu)選的，根據(jù)矢量的疊加原理，為了使四個矢量相互疊加后抵消，有兩種疊加方式，一種是四個矢量每兩個一對，互差180°而相互抵消，一種是四個矢量兩兩互差90°，首尾相連而抵消。具體方案如圖1所示。

18、優(yōu)選的，當(dāng)電機(jī)a和c相發(fā)生開路故障，注入式(4)中的電流消除相關(guān)磁勢和懸浮力脈動；當(dāng)其余2相發(fā)生開路故障時，重構(gòu)剩余相電流。

19、本發(fā)明提供的基于磁場調(diào)制理論的消除反轉(zhuǎn)磁勢的薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，與現(xiàn)有方法相比，具有以下有益效果：

20、(1)在剩余四個矢量不能采用3矢量、2矢量分組德情況下，提出矢量不分組的矩形抵消方法，一對極的四個矢量構(gòu)成矩形實(shí)現(xiàn)了抵消，進(jìn)一步限定該矩形的長寬比，實(shí)現(xiàn)2對極矢量和為零。

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

22、(3)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。

23、(4)電流重構(gòu)過程簡單，重構(gòu)的電流形式簡單，便于容錯電流的輸入與電機(jī)控制。

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

25、(6)可以實(shí)現(xiàn)任意兩相斷路的容錯控制。

技術(shù)特征：

1.一種薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，所述電機(jī)采用六齒一對極的電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述方法包括如下步驟：首先根據(jù)磁勢的計(jì)算公式，給出兩相斷路后余相電流在氣隙中的磁勢表達(dá)式；根據(jù)磁勢表達(dá)式，提取其中的反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式；根據(jù)反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式，將一對極與二對極的反轉(zhuǎn)磁勢等效成關(guān)于一對極與二對極的兩組共八個矢量；重構(gòu)剩余相的電流的相位使得關(guān)于一對極的四個矢量構(gòu)成長方形，同時，重構(gòu)剩余相的電流的相位和幅值比例使得關(guān)于二對極的四個矢量之和為零；構(gòu)造符合矢量之間兩兩相位相差180°后相互抵消的余相電流。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，所述電機(jī)結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子周圍，徑向定子齒與轉(zhuǎn)子平齊，每個軸向定子軛分別繞有懸浮繞組和轉(zhuǎn)矩繞組，所述轉(zhuǎn)矩繞組為一對極，懸浮繞組為兩對極，同時實(shí)現(xiàn)懸浮控制和旋轉(zhuǎn)控制；所述l型定子底部通過鐵心導(dǎo)磁環(huán)相連；所述薄片狀轉(zhuǎn)子外側(cè)貼有一對極永磁體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，其特征在于，以相隔一相的兩相斷路為例，所述方法包括如下步驟：斷路相的機(jī)械角度分別為0°和120°，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(dá)式如式(1)所示：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種薄片電機(jī)兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，其特征在于，根據(jù)矢量的疊加原理，為了使四個矢量相互疊加后抵消，有兩種疊加方式，一種是四個矢量每兩個一對，互差180°而相互抵消，一種是四個矢量兩兩互差90°，首尾相連而抵消。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種薄片電機(jī)兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，其特征在于，當(dāng)電機(jī)a和c相發(fā)生開路故障，注入式(4)中的電流消除相關(guān)磁勢和懸浮力脈動；當(dāng)其余2相發(fā)生開路故障時，重構(gòu)剩余相電流。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種消除反轉(zhuǎn)磁勢的薄片電機(jī)任意兩相斷路后的容錯電流重構(gòu)方法，采用了六齒一對極的電機(jī)結(jié)構(gòu)；首先根據(jù)磁勢的計(jì)算公式，寫出兩相斷路后余相電流在氣隙中的磁勢表達(dá)式；根據(jù)所得磁勢表達(dá)式，提取其中的反轉(zhuǎn)磁勢表達(dá)式；將反轉(zhuǎn)磁勢的表達(dá)式等效成磁矢量，等效后分為兩組共八個矢量；重構(gòu)剩余相的電流的相位使得關(guān)于一對極的四個矢量構(gòu)成長方形，同時，重構(gòu)剩余相的電流的相位和幅值比例使得關(guān)于二對極的四個矢量之和為零，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(bǔ)了傳統(tǒng)兩相斷路后的重構(gòu)電流應(yīng)用在薄片電機(jī)中的不足，實(shí)現(xiàn)了任意兩相斷路后的穩(wěn)定懸浮，提高了薄片電機(jī)容錯后的懸浮性能，增強(qiáng)了實(shí)用性。

技術(shù)研發(fā)人員：王宇,王鎖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30