[发明专利]控制磁悬浮和转矩生成的控制设备和方法

说明书

电气驱动系统包括电机(103)、连接到电机的定子相绕组的端子(107‑109)的第一转换器级(106)，以及连接到定子相绕组的中间点(114‑116)的第二转换器级(113)。控制设备(101)确定第一分量电流和第二分量电流，使得当相绕组的端子和中间点之间的部分承载第一分量电流和第二分量电流两者而相绕组的其他部分承载第一分量电流时，根据电机控制生成转矩，并且根据悬浮控制，将磁悬浮力导向电机的转子(105)。基于第一分量电流和第二分量电流来确定第一转换器级的基准电流，并且基于第二分量电流来确定第二转换器级的基准电流。

技术领域

本公开通常涉及电气驱动(electrical drive)系统中的磁悬浮和转矩生成的控制。更具体地说，本公开涉及一种控制设备和控制电气驱动系统的方法。此外，本公开涉及用于控制电气驱动系统的计算机程序。

背景技术

磁悬浮系统，诸如，主动磁轴承“AMB”在本领域中是公知的。磁悬浮系统通常用于支撑旋转或振荡物体。将磁悬浮用在旋转机中导致例如：当与具有机械轴承的传统旋转机相比时，减少摩擦、无油操作、较低的维护成本和/或较高的可靠性。与除了用于生成转矩的电机外还包括单独的AMB致动器的传统的AMB转子系统相比，将转矩生成和磁悬浮的功能结合到一个电机中导致更短的转子和更经济的控制和驱动电子设备。提供组合转矩生成和磁悬浮功能的电机通常被称为无轴承电机，尽管上述类型的电机通常具有用于在磁悬浮故障的情况下支撑转子的机械安全轴承。

出版物Chiba、A.等、A Novel Middle-Point-Current-Injection-TypeBearingless PM Synchronous Motor for Vibration Suppression、电气和电子工程师协会“IEEE”，Transactions on Industry Applications、Vol.47、No.4、2011描述了一种中点电流注入型无轴承永磁同步电机的定子绕组结构。电动机不具有用于径向磁力生成的附加绕组，但每一定子相绕组具有到定子相绕组的中间点的连接，从而能够将力生成电流提供给所述的定子相绕组。第一转换器级连接到定子相绕组的端子，以及第二转换器级连接到定子相绕组的中间点。第一转换器级被配置成向定子相绕组的端子提供转矩生成电流，以及第二转换器级被配置成向定子相绕组的中间点提供力生成电流。当电流提供给定子相绕组的中间点时，在中间点的不同侧上的定子相绕组的不同部分中流动的电流之间存在不平衡，因此使径向磁力引导到转子。Chiba等人描述的无轴承永磁同步电动机只需要一个额外的三相转换器，因此，该系统可以是成本有效的。然而，仍然需要开发用于控制上述类型的无轴承电机的控制技术。例如，以稳健和成本高效的方式设置上述第一转换器级和第二转换器级的协作具有挑战性。例如，在由Chiba等人描述的无轴承永磁体同步电机中，仅定子相绕组的上述中间点被用于提供用于径向磁力产生的电流。这导致对定子相绕组的不同部分的不同电流需求以及在力产生和通量多快，由此改变力的限制。

发明内容

下文提出简化的概述以提供各种发明实施例的一些方面的基本了解。本发明内容部分并非本发明的详尽综述。其既非旨在识别本发明的关键或主要元素，亦非限定本发明的范围。下文的发明内容部分仅以简化形式呈现本发明的某些构思，作为本发明的例示实施例的更详细描述的引言。

根据本发明，提供控制电气驱动系统的新控制设备，控制设备包括：

-包括定子和转子的电机，

-连接到定子的相绕组的端子的第一转换器级，以及

-连接到定子的相绕组的中间点的第二转换器级，相绕组中的每一个包括所考虑的相绕组的端子和中间点之间的第一部分，以及相绕组中的每一个除了所考虑的相绕组的第一部分之外包括第二部分。

根据本发明的控制设备包括计算系统，该计算系统被配置成：