[发明专利]高速大惯量负载用无铁芯无刷直流电机控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种高速大惯量负载用无铁芯无刷直流电机控制系统及方法，其技术特点在于：包括无铁芯无刷直流电机、控制系统及其内部的驱动电路；所述控制系统包括信号检测模块、数字控制模块和线性功率驱动模块；所述内部的驱动电路包括：直流电源、电源滤波模块、三相逆变桥、梯形波反电动势无刷直流电机、三相电感、电流检测模块和数字控制器。本发明能够为高速大惯量飞轮用的无铁芯无刷直流电机的控制提供一种减小启动电流，减小电流换相波动的控制系统，并使大惯量系统能够稳定高速运转。

技术领域

本发明属于伺服电机控制技术领域，涉及无铁芯无刷直流电机控制系统， 尤其是一种高速大惯量负载用无铁芯无刷直流电机控制系统及方法。

背景技术

飞轮是电机与同轴的惯量体的组合，它通过改变旋转速度，从而改变转 子的动量矩，进一步产生与其速度变化率成正比的反作用力矩，因此飞轮的 主要用途为转动惯量的储存以及通过与载体进行动量交换向载体输出力矩。 飞轮系统常用于航天器姿态控制与飞轮储能电池中。飞轮电机的转速范围和 速度控制精度得到很大的提升，当飞轮电机的转速达到上万转每分时，飞轮 作为动量的存储装置的能量存储密度甚至会大于电池等化学能源的能量密 度，其能量转换效率最高可达到90％，远大于传统的储能方式，同时，其瞬时输出功率也远远大于化学能源。

高速飞轮储能用电机应具有以下基本性能要求：额定功率时具有很高的 效率、空载时具有很低的损耗。高速飞轮储能系统主要包括飞轮转子、轴承、 电动机、电力变换器和控制单元五部分。

为带动大惯量负载高速运动，且需满足系统功耗小，所选用的电机一般 为无铁芯电机。无铁芯电机定子绕组电感、电阻很小，电气时间常数小，从 而会使得基于电压型控制器下的绕组电流不连续、转矩波动大的问题。同时 机械时间常数大，电机电感、电阻非常小，系统电流的控制也是系统的难点 所在。高速大惯量飞轮用电机的控制问题成为飞轮运行质量的关键所在。

通过公开专利文献的检索，发现一篇与本发明申请相关的公开专利文献：

其专利名称为小电枢电感永磁无刷直流电动机低功耗控制系统，公开号 为CN1710801A，该发明采用前置降压斩波器的方式，将直流电源电压根据不 同的转速进行降压，三相逆变器只负责换相。通过该种方式进行电机驱动及 调速。前置降压斩波器，将三相逆变器的直流电压减小，减小PWM峰值，进 而减小换相瞬间电流峰值，减小电流脉动。本发明采用在三相逆变器及电机 之间串接三相电感来减小电流脉动，三相逆变器不仅负责换相，也负责调压 调速。

通过技术分析，申请人认为，上述公开专利文献与本发明申请在技术方 案上有较大不同，尤其控制方式及电路结构上存在较大不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速大惯量负载用无 铁芯无刷直流电机控制系统及方法，能够为高速大惯量飞轮用的无铁芯无刷 直流电机的控制提供一种减小启动电流，减小电流换相波动的控制系统，并 使大惯量系统能够稳定高速运转。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种高速大惯量负载用无铁芯无刷直流电机控制系统包括无铁芯无刷直 流电机、控制系统及其内部的驱动电路；所述控制系统包括信号检测模块、 数字控制模块和线性功率驱动模块；