[發明專利]無軸承磁通切換電機低速及零轉速轉子徑向位移觀測方法

有效

• 申請號: 201811077436.5
• 申請日: 2018-09-15
• 公開（公告）號: CN109039174B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 周揚忠;林碧云;鐘天云;屈艾文
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P21/18
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明涉及一種無軸承磁通切換電機低速及零轉速轉子徑向位移觀測方法，在空間對稱繞組中注入反相位高頻電流；利用檢測的無軸承磁通切換電機（BFSM）相繞組電壓，計算出相繞組的端電壓高頻分量；計算機械空間對稱180度的兩繞組端電壓高頻分量之和；把自然坐標系中的空間對稱各對繞組端電壓高頻分量之和幅值變換至直角αβ坐標；根據αβ坐標系電壓與轉子徑向位移Δx、Δy之間關系，觀測出轉子徑向位移Δx、Δy。把觀測的轉子徑向位移Δx、Δy反饋給轉子徑向懸浮和切向旋轉控制環節即可實現轉子懸浮于定子中心的控制。本發明在不增加電機及控制器制造成本基礎上，利用電機本身繞組電壓高頻分量觀測出轉子徑向位移。

技術領域

本發明涉及一種無軸承磁通切換電機低速及零轉速轉子徑向位移觀測方法。

背景技術

無軸承磁通切換電機采用定子永磁型結構，有利于永磁體散熱，其具有效率高、降低永磁體因溫升退磁風險、無污染等突出優點，在高速、超高速、大容量、清潔的電機驅動領域中具有極高的應用價值。

為了實現轉子穩定懸浮于中心，通常需要控制2個徑向位移自由度。為了實現徑向位移控制，通常利用轉子徑向位移反饋構成轉子懸浮閉環控制。目前通常采用徑向位移傳感器方法獲得轉子徑向位移反饋值，選擇的傳感器主要有電渦流傳感器、線性霍爾等。為了方便徑向懸浮位移傳感器的安裝及準確測量，通常還需要在電機轉軸上安裝傳感器支架及基準環。采用物理上徑向位移傳感器優點在于可以直接、快速獲得轉子徑向位移；但同時也存在明顯的缺點：(1)一般采用差動方式測量轉子徑向位移，所以測量轉軸一端徑向位移需要4個位移傳感器，且傳感器的測量精度能夠分辨微米級，從而徑向位移檢測成本明顯提高，增加了無軸承電機及其驅動系統的成本，限制了無軸承電機驅動系統的實際應用領域的拓展；(2)由于軸向安裝了支架及基準環，增加了轉軸的長度，增加了轉子的重量，降低了轉子臨界轉速，從而限制了轉子高速區運行上限的提升及電機功率的提高，同時也使得電機設計復雜化；(3)徑向位移傳感器與控制器之間需要弱電信號的連接導線，降低了無軸承電機驅動系統運行的可靠性；(4)由于徑向位移傳感器端面和基準環端面具有一定的面積，導致傳感器檢測轉子徑向位移存在不可避免的干擾分量。

另外，若轉子旋轉速度較高，可以對繞組端電壓基波分量進行精確測量；但隨著轉速降低，端電壓基波幅值降低，對繞組端電壓基波進行精確測量變得困難。尤其，當電機處于低速及零轉速時，端電壓基波很低，對其進行精確測量根本不可行。所以，這就導致低速及零轉速時利用端電壓基波精確觀測轉子徑向位移很困難。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種無軸承磁通切換電機低速及零轉速轉子徑向位移觀測方法，在不增加電機及控制器制造成本基礎上，利用電機本身繞組電壓的高頻分量觀測出轉子徑向位移，以解決電機低速及零轉速無轉子徑向位移傳感器控制難題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種無軸承磁通切換電機低速及零轉速轉子徑向位移觀測方法,包括以下步驟：

步驟S1:在電機轉子處于徑向懸浮和切向旋轉控制狀態下，同時在六相繞組空間對稱繞組中注入反相位的高頻電流i_h，具體形式如下：

i_h＝I_m sin(ω_ht) (1)

步驟S2:檢測A、D、C、F相繞組端電壓u_A、u_D、u_C、u_F；