[发明专利]一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法

说明书

本发明提出了一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法。所述电机的转矩控制方法以输出转矩作为转矩控制环节的控制对象，采用三相轮流导通控制方式，且每相导通角为15°；根据转矩关于电流和转子位置角的关系，获得输出转矩，与给定转矩比较，得到主绕组电流的参考值；根据悬浮力关于电流和转子位置角的关系，得到悬浮电流的参考值，然后让各绕组电流的实际值跟踪其参考值，实现对悬浮力和输出转矩的直接控制。所述方法不需要转矩和悬浮力的数学模型，考虑了电机的饱和特性；实现恒转矩输出，且转矩脉动小。

技术领域

本发明涉及一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法，属于磁悬浮开关磁阻电机的控制技术领域。

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。

由于开关磁阻电机结构特点及运行机理制约，其转矩脉动较大，限制了其在转矩性能要求较高的场合的应用。另外，无轴承开关磁阻电机需要同时兼顾旋转和悬浮两项力能指标，在实现旋转运行的同时，还需要稳定悬浮；因此无轴承开关磁阻电机的输出转矩脉动，相对于普通开关磁阻电机更大，而且抑制转矩脉动的难度更大。

复合转子无轴承开关磁阻电机的转子包括两种类型的转子，一种为传统凸极转子，另一种为圆柱转子。圆柱转子的存在，可显著提升电机的径向承载能力，使其具备了全转子位置的悬浮能力，打破了传统无轴承开关磁阻电机转矩和悬浮力有效输出区间的制约。这不仅可有效提升转矩的输出能力，还为实现直接转矩控制和恒转矩输出奠定了基础。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提出一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法。所述方法是一种适用于复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机、可考虑电机饱和、不需要转矩和悬浮力数学模型、且可实现直接转矩控制的新型控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机的转矩控制方法，所述复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机包括定子、凸极转子、圆柱转子、主绕组线圈、悬浮绕组线圈和转轴；所述定子为凸极结构，其定子齿个数为12；所述圆柱转子为圆柱型结构；所述凸极转子为凸极结构，凸极转子齿个数为8；所述圆柱转子和凸极转子串联紧密布置，套在转轴上，并布置在所述定子内；每个定子齿均绕有1个主绕组线圈和1个悬浮绕组线圈，各为12个；所述复合转子双绕组无轴承开关磁阻电机为三相工作制电机，每相绕组由空间上相隔90°的四个定子上的主绕组线圈和悬浮绕组线圈组成，经连接构成1个主绕组、1个X轴方向悬浮绕组和1个Y轴方向悬浮绕组；每相绕组的连接方式为，空间上相隔90°的四个主绕组线圈串联一起组成1个主绕组；空间上相隔180°的两个悬浮绕组线圈反向串联一起组成1个X轴方向悬浮绕组；空间上相隔180°的另两个悬浮绕组线圈反向串联一起组成1个Y轴方向悬浮绕组；所述每相X轴方向悬浮绕组与Y轴方向悬浮绕组在空间相隔90°；

所述转矩控制方法，其特征在于，每相主绕组和两个方向悬浮绕组同时励磁，且励磁宽度角为15°；根据主绕组和两个方向悬浮绕组电流的参考值，控制各绕组的电流，实现同时调节转矩和悬浮力；包括如下步骤：

步骤A，获取开通角θ_on；

采集转子实时位置信息，获取转子的实时位置角θ；选定三相工作制电机中的一相，当该相转子位置角θ＝θ_on时，开通所述相各绕组功率电路的功率开关管，所述相开始导通；θ_on由电机运行速度和负载工况确定；

步骤B，获取所述相X轴方向的给定悬浮力和Y轴方向的给定悬浮力其具体步骤如下：