[發明專利]雙定子周向錯位角電勵磁直流電機及其控制方法

在審

• 申請號: 201710590917.5
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107154716A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 劉愛民;高智超;婁家川;孫鵬;李博;韋有帥;任達;李家堯
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02K29/03
• 分類號: H02K29/03;H02K16/04;H02P6/32;H02P6/10
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

1.一種雙定子周向錯位角電勵磁直流電機，其特征在于：包括機殼(1)、轉軸(2)、定子及其繞組、轉子和中央激勵線圈(3)；機殼(1)設有前端蓋(4)和后端蓋(5)，分別設于機殼(1)的兩端，并在前端蓋(4)和后端蓋(5)的中心均設有用于轉軸(2)穿過的圓孔；機殼(1)內部的轉軸(2)表面固定覆蓋一層導磁體(6)，導磁體(6)的中間一段向外突出，使導磁體的軸切面為扁十字型；定子包括第一組凸極定子(7)和第二組凸極定子(8)，分別固定設于機殼(1)兩端的內壁上，兩組凸極定子均設有相應的三相定子繞組；轉子包括第一組凸極轉子(9)和第二組凸極轉子(10)，分別設于機殼內部轉軸的兩端，并固定于導磁體(6)外側；第一凸極定子(7)與第一凸極轉子(9)中心相同，兩者的齒相對齊放置，第二凸極定子(8)和第二凸極轉子(10)中心同軸，兩者的齒間周向錯開15度機械角放置；中央激勵線圈(3)設于第一組凸極轉子(9)和第二組凸極轉子(10)之間的導磁體(6)中間突出部分的外側，并固定在機殼(1)上；第一凸極定子(7)與第一凸極轉子(9)之間、第二凸極定子(8)和第二凸極轉子(10)之間均有氣隙。

2.根據權利要求1所述的雙定子周向錯位角電勵磁直流電機，其特征在于：所述第一凸極定子(7)和第二凸極定子(8)均由硅鋼片疊壓而成。

3.一種權利要求1所述的雙定子周向錯位角電勵磁直流電機的控制方法，其特征在于：將兩組定子繞組分別獨立控制，采用基于神經網絡角度優化位置控制的方式，在加在繞組上的電壓一定的情況下，通過改變與繞組串聯的主開關管的導通角θ_on和關斷角θ_off，來調節電動機的轉矩，具體包括如下步驟：

步驟1：將單套三相不對稱半橋驅動電路進行并聯，形成雙套驅動電路，分別用于驅動控制兩套定子繞組；

步驟2：電網經過整流電路向三相不對稱半橋驅動電路中的儲能電容器充電，分別對兩套三相不對稱半橋驅動電路供電；

步驟3：在兩個轉子上分別安裝位置傳感器，并將兩個位置傳感器信號分別連接至兩套位置捕獲電路中，通過中央處理器來處理兩組位置的實時信號，確定兩套驅動電路中的IGBT的導通相序，從而控制兩組定子繞組的通電順序；

步驟4：進行樣本測試，初始化后保持導通角θ_on不變，對關斷角θ_off進行優化搜索，得到準確的最優關斷角，具體方法為：

步驟4.1：初始化步長Δθ改變符號的次數C_sv為0，設定轉速和轉矩；由式(18)、(19)初始化θ_on和θ_off；

θon=θm-6Lna·NVdcIref---(18)]]>

其中，θ_m為繞組電流曲線的第一個峰值所在的轉子角度；L_na為轉子和定子處在二凸極未對齊位置時的電感大小；N為電機轉速；V_dc為加在定子繞組上的直流電壓；I_ref為參考電流：

θoff=θa-θm2(-α+α2+24·Iref·(1-x)·NRua·Vdc·θm)---(19)]]>

其中，R_a和R_u分別是對齊電感和非對齊電感量的倒數，R_ua＝R_u-R_a，α＝R_a/R_ua；θ_a為轉子對齊電感角度；x為一常量；

步驟4.2：待系統工作在穩定的轉速上后，得到當前電流值I₀；

步驟4.3：將θ_off減少一個步長Δθ，Δθ根據搜索收斂速度和搜索精度進行確定；

步驟4.4：待系統工作在穩定的轉速上后，比較當前電流值I₁和上一次系統穩定后的電流值I₀的大小；如果I₁大于I₀，則直接執行步驟4.5；否則，改變Δθ的符號，并記錄Δθ改變符號的次數C_sv，執行步驟4.5；

步驟4.5：判斷Δθ改變符號的次數C_sv是否等于2；若是，則退出搜索過程，此時的電流值I₁即為在設定的轉速和轉矩下的最小電流值，此時的θ_off為準確的最優關斷角，執行步驟5；若否，則令I₁＝I₀，返回步驟4.3，繼續減小θ_off；

步驟5：訓練RBF神經網絡，具體方法為：

步驟5.1：將預測樣本集的轉速w₀和轉矩T₀輸入RBF神經網絡中，輸出關斷角

步驟5.2：將步驟4樣本測試時得到的準確的最優關斷角θ_off輸入到RBF神經網絡中，將網絡輸出的關斷角與準確的最優關斷角θ_off比較，得到誤差Δθ_off；

步驟5.3：判斷誤差Δθ_off的絕對值是否小于預設誤差閾值，若是，則訓練結束，執行步驟6；若否，則用誤差Δθ_off經過權值修正算法修正RBF神經網絡各節點的權值，返回步驟5.1；

步驟6：將實時得到的轉速w和轉矩T輸入到訓練后的RBF神經網絡中，得到最優關斷角，由中央處理器輸出換相邏輯信號，對驅動電路進行控制，實現兩組定子繞組的獨立控制。