[發明專利]高速大慣量負載用無鐵芯無刷直流電機控制系統及方法

在審

• 申請號: 201910659615.8
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110572096A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 郭婷婷;繆子超;鄧麗輝;金琛;魏江峰;王建飛;李璐
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0七研究所
• 主分類號: H02P7/285
• 分類號: H02P7/285
• 代理公司: 12209 天津盛理知識產權代理有限公司
• 代理人: 王雨晴

本發明涉及一種高速大慣量負載用無鐵芯無刷直流電機控制系統及方法，其技術特點在于：包括無鐵芯無刷直流電機、控制系統及其內部的驅動電路；所述控制系統包括信號檢測模塊、數字控制模塊和線性功率驅動模塊；所述內部的驅動電路包括：直流電源、電源濾波模塊、三相逆變橋、梯形波反電動勢無刷直流電機、三相電感、電流檢測模塊和數字控制器。本發明能夠為高速大慣量飛輪用的無鐵芯無刷直流電機的控制提供一種減小啟動電流，減小電流換相波動的控制系統，并使大慣量系統能夠穩定高速運轉。

技術領域

本發明屬于伺服電機控制技術領域，涉及無鐵芯無刷直流電機控制系統， 尤其是一種高速大慣量負載用無鐵芯無刷直流電機控制系統及方法。

背景技術

飛輪是電機與同軸的慣量體的組合，它通過改變旋轉速度，從而改變轉 子的動量矩，進一步產生與其速度變化率成正比的反作用力矩，因此飛輪的 主要用途為轉動慣量的儲存以及通過與載體進行動量交換向載體輸出力矩。 飛輪系統常用于航天器姿態控制與飛輪儲能電池中。飛輪電機的轉速范圍和 速度控制精度得到很大的提升，當飛輪電機的轉速達到上萬轉每分時，飛輪 作為動量的存儲裝置的能量存儲密度甚至會大于電池等化學能源的能量密 度，其能量轉換效率最高可達到90％，遠大于傳統的儲能方式，同時，其瞬時輸出功率也遠遠大于化學能源。

高速飛輪儲能用電機應具有以下基本性能要求：額定功率時具有很高的 效率、空載時具有很低的損耗。高速飛輪儲能系統主要包括飛輪轉子、軸承、 電動機、電力變換器和控制單元五部分。

為帶動大慣量負載高速運動，且需滿足系統功耗小，所選用的電機一般 為無鐵芯電機。無鐵芯電機定子繞組電感、電阻很小，電氣時間常數小，從 而會使得基于電壓型控制器下的繞組電流不連續、轉矩波動大的問題。同時 機械時間常數大，電機電感、電阻非常小，系統電流的控制也是系統的難點 所在。高速大慣量飛輪用電機的控制問題成為飛輪運行質量的關鍵所在。

通過公開專利文獻的檢索，發現一篇與本發明申請相關的公開專利文獻：

其專利名稱為小電樞電感永磁無刷直流電動機低功耗控制系統，公開號 為CN1710801A，該發明采用前置降壓斬波器的方式，將直流電源電壓根據不 同的轉速進行降壓，三相逆變器只負責換相。通過該種方式進行電機驅動及 調速。前置降壓斬波器，將三相逆變器的直流電壓減小，減小PWM峰值，進 而減小換相瞬間電流峰值，減小電流脈動。本發明采用在三相逆變器及電機 之間串接三相電感來減小電流脈動，三相逆變器不僅負責換相，也負責調壓 調速。

通過技術分析，申請人認為，上述公開專利文獻與本發明申請在技術方 案上有較大不同，尤其控制方式及電路結構上存在較大不同。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種高速大慣量負載用無 鐵芯無刷直流電機控制系統及方法，能夠為高速大慣量飛輪用的無鐵芯無刷 直流電機的控制提供一種減小啟動電流，減小電流換相波動的控制系統，并 使大慣量系統能夠穩定高速運轉。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種高速大慣量負載用無鐵芯無刷直流電機控制系統包括無鐵芯無刷直 流電機、控制系統及其內部的驅動電路；所述控制系統包括信號檢測模塊、 數字控制模塊和線性功率驅動模塊；