[發明專利]主動磁軸承控制器

在審

• 申請號: 201710265708.3
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107304786A
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: L.J.薩爾米亞;J.T.薩里;P.J.梅基-安托;R.科穆萊寧
• 申請（專利權）人: 英格索爾－蘭德公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 吳超,鄧雪萌

技術領域

本公開總體上涉及主動磁軸承（AMB）。更具體地，本發明涉及具有改進構造的AMB控制器的功率放大器，該改進構造減少了功率半導體部件和分離的電流傳感器的數量。

背景技術

三相感應馬達已經被廣泛地認為是許多工業應用的主力。存在用于不同速度范圍的電動馬達。高速操作范圍呈現優于通過直接50/60 Hz電源頻率可能的速度范圍的某些優點。增加額定速度是增加功率密度和效率的有效方式。高速馬達的感興趣的操作領域是其中齒輪箱和標準馬達能夠被直接驅動的高速馬達替代的應用。

電機的轉子通常被多個軸承支撐。在一些情況下，諸如高速轉子操作，有益的是使用AMB來代替傳統的機械軸承。AMB通過產生受控的磁通量來支撐轉子軸，所述磁通量在轉子上施加力來維持期望的轉子軸位置。AMB被磁軸承控制器控制。現有的磁軸承控制器具有大量不足和缺點。存在仍未滿足的需求，包括降低硬件復雜性、減少開關損耗和增加可靠性。例如，一些磁軸承控制器需要大量開關以便逐步降低輸入電壓并且將功率提供到磁軸承的繞組對。在另一示例中，一些磁軸承控制器需要分離的電流傳感器來計算適當量的磁通量以提供到磁軸承繞組。對于本文中公開的獨特的裝備、方法、系統和技術存在重大需求。

發明內容

為了清楚、簡明且準確地描述本公開的非限制示例性實施例、制造和使用本公開的方式和過程的目的，以及為了使本公開能夠實踐、制造和使用，現在將參考某些示例性實施例，包括附圖中所示的那些，并且特定語言將用于描述本公開。無論如何將理解，不因此對本公開的范圍產生限制，并且本公開包括并保護如本領域一名技術人員在本公開啟示下將意識到的對示例性實施例的那些改變、修改和另外的應用。

示例性實施例包括用于主動磁軸承控制器的獨特的系統、方法、技術和裝備。本公開的另外的實施例、形式、目的、特征、優點、方法和益處將從下述描述和附圖中顯而易見。

根據本申請，具有基本相等的電壓水平的對稱雙電平中間DC電路電壓被用作AMB功率放大器（其也被稱為磁驅動器）的電源，并且繞組電流負載在電壓半部（voltage halves）之間盡可能均勻地被共享。在布置中，每個繞組的一端被連接到DC電路中間點，其使得能夠且有利于通過被置于該電勢的低成本的分流電阻器感測電流。

根據本申請的實施例，功率放大器被成對布置，以便每對均包括上側功率放大器和下側功率放大器，使得繞組電流負載盡可能均勻。

根據本申請的控制方法，每對中的上側和下側功率放大器被控制成使得輸出電壓脈沖的尖銳邊緣盡可能同時且指向相反，從而最小化通過雜散電容進入環境中的電容電流和并且因此最小化來自系統的高頻發射。相等負載的功率放大器對布置和用于相反指向的電壓脈沖的控制方法也最小化DC鏈路平流電容器的電流紋波，因此延長其壽命。

根據本申請的實施例，額外的功率放大器可以被用于保持DC電路半部的電壓處于平衡。

附圖說明

圖1示出了示例性主動磁軸承（AMB）控制器。

圖2示出另一示例性AMB控制器。

圖3示出示例性AMB布置。

圖4示出由示例性AMB布置圍繞的轉子軸的兩個橫截面。

圖5是示出示例性激活信號的圖表。

圖6示出用于圖1和圖2的AMB控制器的示例性電壓平衡電路。

具體實施方式

參考圖1，示出了主動磁軸承（AMB）系統100。將意識到，系統100可以在各種應用中被實現，包括空氣壓縮機、飛輪、渦輪機和泵送系統，這里僅列出一些示例。

系統100包括功率轉換器（power converter）110和多個磁軸承繞組對140。轉換器110包括被構造成從DC電源（未示出）的正極接收功率的正DC總線軌111a和被構造成從DC電源的負極接收功率的負DC總線軌111b。在軌111a和111b之間的電壓差是V_dc。電容器113被電聯接到正DC總線軌111a和中點連接117。電容器115被電聯接到中點連接117和負DC總線軌111b。電容器113和115具有基本相等的大小，使得每個電容器113和115兩端的電壓是V_dc的一半并且在中點連接117處的電壓是0 V。