[发明专利]一种无轴承开关磁阻电机、功率变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种无轴承开关磁阻电机、功率变换器及控制方法，一相作为悬浮相，其四个绕组采用改进型低成本半桥电路，通过独立该相四个绕组电流，同时产生悬浮力和转矩；另外两相作为转矩相，只产生转矩，分别采用了一个不对称半桥电路；控制中，将悬浮相分为正转矩、负转矩和零转矩等三个区间，每个区间采用不同的悬浮控制算法，并且在负转矩区间，利用另一转矩相对悬浮相产生的负转矩进行补偿调节，进而削除了悬浮相与转矩相因电流控制算法不同而导致的输出转矩波动；由于对瞬时转矩进行实时调节，补偿精度高，转矩输出品质高；另外，系统中功率变换电路功率管数量少，所需数字控制资源和驱动检测电路少，成本显著低，有利于提升市场竞争力。

技术领域

本发明涉及一种无轴承开关磁阻电机、功率变换器及控制方法，属于无轴承开关磁阻电机的功率变换和控制技术领域。

背景技术

无轴承开关磁阻电机是20世纪90年代发展起来的一种新型磁悬浮电机。无轴承开关磁阻电机因集旋转与悬浮两功能于一体，不仅可有效解决高速运行时轴承摩擦带来的损耗和发热等问题，还能进一步发挥开关磁阻电机的高速适应性，从而强化其在航空航天、飞轮储能、舰船等高速领域的应用基础。

无轴承开关磁阻电机按定子上缠绕绕组的数量，可分为单绕组和双绕组两种结构形式。双绕组结构形式的无轴承开关磁阻电机每个定子上均绕有转矩和悬浮两个绕组，绕线工艺要求高，槽满率不高，整体结构更为复杂，而且功率变换器也需要两套，控制系统设计难度高。单绕组结构形式的无轴承开关磁阻电机每个定子上仅绕有一个绕组，结构与传统开关磁阻电机相同，结构认同度和通用性高，而且单绕组悬浮控制便于动态调节转矩和悬浮绕组间的等效匝数比，负载适应性更强。

然而，单绕组结构无轴承开关磁阻电机的每个绕组均需要一套功率变换器和独立控制，导致功率系统成本高、驱动电路和电流检查电路数量多，数字控制资源要求高且控制更为复杂，拖延了该类电机的工程实践应用。为此，本发明提出了一种无轴承开关磁阻电机、功率变换器及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无轴承开关磁阻电机、功率变换器及控制方法，能够达到功率管需求量少、成本低且输出转矩性能优越的效果。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种无轴承开关磁阻电机，所述无轴承开关磁阻电机为三相工作制电机，其包括分别由空间上间隔90°的四个线圈组成的A相绕组、B相绕组、C相绕组；

所述A相绕组中的每个线圈独立为一套绕组，分别为A₁绕组、A₂绕组、A₃绕组和A₄绕组，所述A₁绕组绕在水平正方向的定子齿上，所述A₂绕组绕在竖直正方向的定子齿上，所述A₃绕组绕在水平负方向的定子齿上，所述A₄绕组绕在竖直负方向的定子齿上；

所述B相绕组由与A相绕组相差30°的四个线圈串联而成；

所述C相绕组由与A相绕组相差-30°的四个线圈串联而成；

所述A相绕组励磁恒导通，能够输出转矩并调节悬浮力；所述B相绕组和C相绕组轮流励磁导通，仅能输出转矩，以补偿A相绕组在电感下降区产生的负转矩。

作为一种可选的实施方式，所述无轴承开关磁阻电机包括定子、转子、线圈和转轴；

所述定子为凸极结构，齿数为12，且每个定子的齿上绕设有1个线圈；

所述转子包括串联紧密布置的圆柱转子和凸极转子，所述圆柱转子为圆柱型结构，所述凸极转子为凸极结构，齿数为8；

所述圆柱转子和凸极转子套在转轴上，并布置在所述定子内。