[发明专利]单绕组无轴承无刷直流电机及其转矩悬浮控制方法

权利要求书

1.一种单绕组无轴承无刷直流电机，包括电机本体和检测控制单元；

所述电机本体包括壳体（1），壳体（1）内设有定子和转子，其特征在于：壳体（1）内侧设置圆筒状定子磁轭（2），定子磁轭（2）沿圆周方向等分成四段圆弧定子单元，每段圆弧定子单元上有三个定子齿（4），每段圆弧定子单元的三个定子齿（4）上绕装有三相转矩悬浮绕组（3）；以圆弧定子单元的相绕组对应连接有一组按时序变化的电流输出单元来实现电机的转矩控制；定子磁轭（2）内腔中设置转子，转子、定子磁轭（2）同轴设置，转子外周径向均匀分布有四个表贴式永磁体（6）；四段圆弧定子单元为两两对称垂直分布，分别控制x，y方向的悬浮力，同时每段圆弧定子单元上的三个定子齿上通入三相时序电流，同时控制电机转矩输出；

所述检测控制单元包括x,y方向位移传感器，转子转角检测霍尔传感器，转矩控制模块，悬浮控制模块，电流差动调节模块以及电流输出单元；x，y方向传感器和霍尔传感器检测到转子位移及转角位置信号，将其传递给悬浮控制模块进行悬浮电流的计算，悬浮电流与转矩控制模块输出的电流通过电流差动调节模块进行差动调节，使其X或Y轴方向对称圆弧定子单元的一端电流增大，另一端电流减小，产生的径向力与转子径向力相平衡，使转子悬浮于其回转中心，以此来实现电机转子的悬浮控制。

2.根据权利要求1所述的单绕组无轴承无刷直流电机，其特征在于：所述转矩悬浮绕组（3）由ABC三相绕组构成，每相绕组分别由四个线圈构成，绕组按照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定子齿（4）上，每个线圈独立供电。

3.根据权利要求1所述的单绕组无轴承无刷直流电机，其特征在于：所述转子包括转轴（5）、转子铁心（7），定子磁轭（2）内套装转轴（5），转轴（5）表面套装转子铁心（7），永磁体（6）以表贴式均匀安装在转子铁心（7）上，相邻永磁体（6）极性相反。

4.利用权利要求1-3所述的一种无轴承无刷直流电机进行悬浮力以及转矩控制方法，其特征在于：所述控制方法为通过检测控制单元检测转子的x,y方向位移以及转子转角位置，根据不同的位移量和转子角度来计算其转矩电流和悬浮电流，通过悬浮电流和转矩电流差动调节的方式，输出12组电流，分别对定子上绕装的12相绕组供电，以实现其转子的悬浮和转矩控制；具体包括以下步骤：

（1）转矩控制模块根据给定电机转速和转向以及霍尔传感器检测得到的转子转角θ，直流电源经逆变器调节输出三相电流，圆弧定子单元各套三相绕组通电方式为A → AB → B → BC → C → CA → A 的循环通电方式，其输出电流分别为i_A ,i_B,i_C；

（2）悬浮控制模块根据x，y轴向电涡流位移传感器检测到的x，y轴向的气隙间距x,y与电机给定的参考值x*，y*经两个pid调节器得到转子x，y轴向悬浮力F_X，F_y，将悬浮力 F _x， F _y 均输至悬浮力绕组电流给定值计算模块，得到悬浮电流i_x，i_y ；

（2）再经过差动调节输出12组电流至12个线圈上，以此实现共用一套绕组同时实现转矩和悬浮控制。