[發明專利]一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201710231333.9
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106953457B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 劉澤遠;蔡駿;趙春文
• 申請（專利權）人: 南京?？虽J特機電科技有限公司
• 主分類號: H02K7/09
• 分類號: H02K7/09;H02K29/00;H02P25/08;H02N15/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明公布了一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統及其控制方法，所述系統由一個開關磁阻電機、兩個徑向磁軸承和兩個錐形磁軸承構成，其中一個徑向磁軸承和一個錐形磁軸承布置在開關磁阻電機一側，而其余兩個布置于開關磁阻電機另一側；四個磁軸承的偏置繞組串聯構成一套偏置繞組，并四個二極管一起串聯到開關磁阻電機電樞繞組功率電路的直流母線中；旋轉控制與傳統開關磁阻電機控制方式相同；五個方向懸浮力僅與偏置電流和每個方向懸浮繞組電流有關，懸浮力間相互解耦；另外，偏置繞組電流僅與三相電樞電流相關，且不獨立控制，轉矩與懸浮力間可解耦控制。本發明電機系統集成度高，繞組結構簡單，控制變量少，懸浮控制簡單，功率變換器成本低。

技術領域

本發明涉及一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統及其控制方法，屬于電機類的磁懸浮開關磁阻電機及其控制技術領域。

背景技術

磁懸浮開關磁阻電機，不僅具有磁軸承無摩擦、無潤滑等優點，還繼承了開關磁阻電機的高速適應性和滿足苛刻工作環境等特點，在航空航天、飛輪儲能和軍事等場合具有獨特優勢。

磁懸浮開關磁阻電機通常由五自由度磁軸承和開關磁阻電機構成，傳統永磁偏置式磁軸承需要較大的止推盤，其將導致較大渦流損耗和溫升問題；而傳統錐形電勵磁磁軸承則有較多的控制對象，且軸向懸浮力與控制繞組電流的平方相關，不利于系統的簡化和可靠性。懸浮力之間存在強耦合，也增加了懸浮系統的控制難度，同時懸浮控制的精度也隨之降低。

另外，傳統磁懸浮開關磁阻電機系統中的電機與磁軸承控制系統之間獨立，集成度不高。因此，磁軸承系統與開關磁阻電機系統間的有效集成，不僅可提高磁懸浮系統的集成度，還有助于提升機電能量轉換效率。

為此，發展集成度高、控制簡單、功率變換器成本低、且懸浮力間相互解耦、以及轉矩與懸浮力間可解耦控制的五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統，是目前該領域的研究熱點之一。

發明內容

本發明為了克服現有技術的不足，提出一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統及其控制方法。所述懸浮轉子系統是一種懸浮力相互解耦、懸浮力和轉矩可解耦控制、及懸浮控制對象較少的新型五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統；所述控制方法可獨立控制電樞繞組電流和懸浮繞組電流，旋轉和懸浮系統間相互解耦，彼此影響弱；由于磁軸承偏置繞組僅通過四個二極管串聯在三相電樞繞組不對稱半橋功率變換器中的直流母線中，無需單獨控制，不需要額外的開關管，功率變換器集成度高，且成本較低；另外由于四個二極管對偏置繞組的穩壓作用，使得偏置電流基本為恒值，便于懸浮電流的跟蹤與控制；還有，五自由度懸浮控制類似磁懸浮軸承，采用恒導通控制策略，并且僅需控制五個方向懸浮繞組電流，即可產生所需的五個方向懸浮力，控制變量少，懸浮力與懸浮繞組電流呈正比關系，懸浮控制簡單。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案為：

一種五自由度磁懸浮開關磁阻電機系統，包括錐形磁軸承Ⅰ、徑向磁軸承Ⅰ、開關磁阻電機、徑向磁軸承Ⅱ和錐形磁軸承Ⅱ；所述錐形磁軸承Ⅰ和徑向磁軸承Ⅰ布置在開關磁阻電機一側，而徑向磁軸承Ⅱ和錐形磁軸承Ⅱ布置在開關磁阻電機另一側；

所述錐形磁軸承Ⅰ由錐形定子Ⅰ、錐形轉子Ⅰ、軸向偏置線圈Ⅰ和軸向懸浮線圈Ⅰ構成；

所述錐形磁軸承Ⅱ由錐形定子Ⅱ、錐形轉子Ⅱ、軸向偏置線圈Ⅱ和軸向懸浮線圈Ⅱ構成；

所述徑向磁軸承Ⅰ由徑向定子Ⅰ、徑向轉子Ⅰ、徑向偏置線圈Ⅰ和徑向懸浮線圈Ⅰ構成；

所述徑向磁軸承Ⅱ由徑向定子Ⅱ、徑向轉子Ⅱ、徑向偏置線圈Ⅱ和徑向懸浮線圈Ⅱ構成；

所述開關磁阻電機由磁阻電機定子、磁阻電機轉子和磁阻電機線圈構成；