一种无轴承无刷直流电机及其控制方法,申请号CN201110281550.1-传众专利搜索

一种无轴承无刷直流电机及其控制方法

申请公布号：CN102368657B

申请号：CN201110281550.1

申请日期：2011.09.21

申请公布日期：2014.02.12

申请人：

江苏大学

发明人：朱熀秋;陈雷刚;许波;潘伟;孙晓东

分类号：H02K29/00(2006.01)I;H02K1/27(2006.01)I;H02K1/14(2006.01)I;H02K3/28(2006.01)I;H02K3/46(2006.01)I;H02P21/14(2006.01)I

主分类号：H02K29/00(2006.01)I

代理机构：

南京经纬专利商标代理有限公司 32200

代理人：楼高潮

地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号

摘要：本发明公开了一种无轴承无刷直流电机及其控制方法，永磁体以Halbach阵列均匀分布转子铁心表面；转矩绕组和悬浮力绕组均采用短距绕组结构，共同缠绕在定子齿上；每两个悬浮力绕组的线圈之间间隔一个定子齿；通过给定转速与检测得实际转速之差经PI调节器输出的转矩绕组电流给定值来控制转矩绕组输入电流，实现了转速闭环控制；通过给定转子径向位移与检测得实际位移之差经PID调节器输出的悬浮力给定值来控制悬浮力绕组输入电流，实现了转子径向位移闭环控制；采用本发明控制方法不仅可实现对无轴承无刷直流电机转矩和悬浮力的有效控制，还可节省永磁材料，减小电机重量。

主权项：一种无轴承无刷直流电机的控制方法，所述无轴承无刷直流电机由定子磁轭（11）、定子齿（12）、永磁体（13）、转轴（14）、悬浮力绕组（15）、转矩绕组（16）和转子铁心（17）组成，定子磁轭（11）同轴内套转轴（14），转轴（14）外同轴固定套装转子铁心（17），永磁体（13）以Halbach阵列均匀分布在转子铁心（17）表面，有12个定子齿（12）均匀固定于定子磁轭（11）的内圆周面上；转矩绕组（16）采用短距绕组且由A、B、C三相转矩绕组组成，A相转矩绕组由依次串联的A1、A2、A3、A4线圈组成，B相转矩绕组由依次串联的B1、B2、B3、B4线圈组成，C相转矩绕组由依次串联的C1，C2，C3，C4线圈组成，转矩绕组的线圈按A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4线圈的顺序依次沿逆时针方向缠绕于一个定子齿（12）上；悬浮力绕组（15）采用短距绕组且由a、b、c三相悬浮力绕组组成，a相悬浮力绕组由串联的a1、a2线圈组成，b相悬浮力绕组由串联的b1、b2线圈组成，c相悬浮力绕组由串联的c1、c2线圈组成，悬浮力绕组的线圈按a1、c1、b1、a2、c2、b2线圈的顺序依次沿逆时针方向缠绕于一个定子齿（12）上且每两个悬浮力绕组的线圈之间间隔一个定子齿（12）；采用如下步骤：1）在转轴（14）轴端设置霍尔传感器（60）以检测转子转角θ，将霍尔传感器（60）的输出端分别连接微分模块（58）、悬浮力电流给定值计算模块（54）和转矩绕组电流给定值计算模块（55）；将电机给定转速ω*与转子转角θ经微分模块（58）得到的实际转速ωr之差经过PI调节器（59）得到电流给定值I*，将该电流给定值I*输至转矩绕组电流给定值计算模块（55）；将悬浮力电流给定值计算模块（54）的输入端分别连接第一、第二PID调节器（56，57）、输出端依次连接第一电流跟踪型逆变器（51）和悬浮力绕组（15）；将转矩绕组电流给定值计算模块（55）的输入端连接PI调节器（59）、输出端依次连接第二电流跟踪型逆变器（53）和转矩绕组（16）；在转子径向x、y轴方向分别设置第一、第二电涡流位移传感器（61、62）以检测x、y轴方向实际位移，将电机给定的x、y轴方向参考位移x*、 y*与x、y轴方向的实际位移之差分别经第一、第二PID调节器（56、57）得到转子x、y轴方向的给定悬浮力Fx*、Fy*，将悬浮力Fx*、Fy*均输至悬浮力绕组电流给定值计算模块（54）；2）将转子转角θ与电流给定值I*经转矩绕组电流给定值计算模块（55）得到三相转矩绕组电流给定值iA*，iB*，iC*；将给定悬浮力Fx*、Fy*和转子转角θ经悬浮力绕组电流给定值计算模块（54）得到三相悬浮力绕组给定电流ia*，ib*，ic*； 3）将三相转矩绕组电流给定值iA*，iB*，iC*经第二电流跟踪型逆变器（53）得到三相转矩绕组的输入电流iA，iB，iC；将三相悬浮力绕组电流给定值ia*，ib*，ic*经第一电流跟踪型逆变器（51）得到三相悬浮力绕组的输入电流ia，ib，ic，其特征在于：只有一相所述转矩绕组（16）和两相所述悬浮力绕组（15）通电，且任一相所述转矩绕组通电时，同齿的悬浮力绕组总不通电，由另外两个所述悬浮力绕组通电；当转子转角θ位置在0~30°、90°~120°、180°~210°或270°~300°之间时，A相转矩绕组及b相和c相悬浮力绕组通电；当转子转角θ位置在30°~60°、120°~150°、210°~240°或300°~330°之间时，B相转矩绕组及a相和c相悬浮力绕组通电；当转子转角θ位置在60°~90°、150°~180°、240°~270°或330°~360°之间时，C相转矩绕组及a相和b相悬浮力绕组通电。