[发明专利]一种磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于长行程轨道交通领域，具体涉及磁悬浮列车用磁通切换型永磁直线同步电机的设计及控制领域。磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机，将磁悬浮技术引入到磁通切换型永磁直线同步电机设计及其控制方法中将使其应用于轨道交通等长定子应用场合的应用时既能集成直线感应电机结构简单、成本低与永磁直线电机功率密度高、效率高，又能够从根本上运行中的摩擦问题。

背景技术

磁通切换型（flux switching）永磁直线同步电机的永磁体和电枢绕组都安置在短初级动子上，其次级结构简单，仅由导磁铁心组成，集成了直线感应电机结构简单、成本低与功率密度高、效率高、功率因数高等一些列优点，特别适用于长定子应用场合，国内外学者对其进行了广泛的研究，取得了相应的成果。

磁悬浮技术是起源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。上世纪70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。我国自90年代初开始有组织地进行了磁浮铁路的研究发展工作和调研论证工作，形成了铁道科学研究院、西南交通大学、国防科技大学、中国科学院电工所4个小组，在低速方面做出了一些有意义的成绩，在高速方面进行过较为深入的调研论证，但总起来说，力量与基础仍十分薄弱。目前，磁悬浮原理除了磁悬浮列车上的应用，在磁悬浮轴承、磁悬浮平面电机以及数控机床高精度永磁直线电机进给等场合的应用也得到了国内外学者的重视。

如果能将磁悬浮原理引入到磁通切换型永磁直线电机中，即利用电机的永磁磁场，合理地控制电机电流的励磁分量对永磁磁场进行増磁或者去磁，使电机的法向力（磁悬浮力）与电机动子的重力平衡，实现电机动子的稳定悬浮，将不仅能保持磁通切换型永磁直线同步电机的优点，而且能从根本上解决电机运行中的摩擦问题，能在提高电机性能的同时降低后期的维护成本。

发明内容

发明目的：本发明提供一种磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机及其控制方法，其目的在于解决磁通切换型永磁直线同步电机电机动子的稳定悬浮问题，消除了电机运行中的摩擦。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机，其特征在于：包括有两个磁通切换型永磁直线同步电机，一个动子支撑壳体、一个定子支撑组成；每个磁通切换型永磁直线同步电机又都由长定子铁心、动子铁心、动子绕组，永磁体以及动子和定子之间的空隙，即气隙高度组成；一个定子支撑支撑着两个相同的两个长定子铁心，一个动子支撑壳体连接两个相同的磁通切换型永磁同步电机的两个动子；定子支撑体上有滑道，动子支撑壳体上有滑块；动子支撑壳体上安装动子铁心，动子铁心里间隔着嵌着N极、S极永磁体，动子铁心连同永磁体外缠绕着动子绕组。

将磁悬浮原理引入到磁通切换型永磁直线电机中，实现电机的无摩擦运行；该电机由两个磁通切换型永磁直线同步电机组成，每个磁通切换型永磁直线同步电机没有单独的悬浮绕组，仅有一套动子绕组。

从电机本体结构优化与先进控制策略一体化综合分析，得到一种磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机及其控制方法，在电机设计时选择气隙高度时，综合考虑电机的机械可靠性、有效材料的利用、电机的电抗参数，还要考虑到电机动子的重力，稳定悬浮所需的法向力因素。

一种如上所述的磁通切换型磁悬浮永磁直线同步电机的竖直方向稳定悬浮控制方法，其特征在于：在对其进行稳定悬浮控制时，通过对动子绕组中的电流进行解耦控制实现电机竖直方向稳定悬浮，沿长定子方向水平稳定运行；通过重力加速度传感器，获得电机动子重力的变化，确定需要永磁体产生的永磁磁场进行增磁或者弱磁来确定给定电机的励磁电流分量，然后通过H_∞控制算法实现对电机励磁电流的控制，从而控制电力法向力的大小，使其和电机动子重力平衡，实现动子稳定悬浮；在实现稳定悬浮的基础上，对电机电流的q轴分量进行控制，实现电机动子沿着长定子方向水平稳定运行。