[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，特别涉及一种无轴承无刷直流电机，是一种单绕组永磁转子结构的三相无轴承无刷直流电机。

背景技术

无轴承无刷直流电机是将无轴承技术应用于无刷直流电机而形成的一种新型电机，同时具备无轴承技术和无刷直流电机的优点，在血液泵、高速/超高速离心机、牙科和手术用高速器具等生物医学领域及飞轮储能新能源领域应用广泛。

在现有的技术中，无轴承无刷直流电机都有两套绕组，一套悬浮力绕组和一套转距绕组，两套绕组共用定子铁心，在电机控制系统的控制下，分别通入电流，由此产生的磁场通过气隙共同作用于永磁转子，实现转子的悬浮与旋转。但是由于其使用了两套绕组，电机结构较为复杂且控制难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的无轴承无刷直流电机，简化电机结构，提高工作性能，降低控制难度。

为了简化无轴承无刷直流电机的电机结构，提高其工作性能，本发明提出了一种新型的无轴承无刷直流电机，只使用一套电机绕组来同时控制电机的转矩和悬浮力，简化了电机结构并且降低了控制系统的复杂程度，同时提高无轴承无刷直流电机的性能。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种无轴承无刷直流电机，包括电机本体及检测控制系统；所述电机本体，包括壳体，壳体内设有定子和转子，壳体内腔最外部是由四段圆弧定子单元构成，分为两对对称垂直分布，分别控制x和y方向上的悬浮力，四段圆弧定子单元内同轴套有转轴没转轴外同轴固定套装转子铁芯，四个永磁体以表贴式沿转子铁芯圆周表面均匀分布，相邻永磁体极性相反，每段圆弧定子上有三个定子凸极，分别绕装有三相绕组。

本发明工作时，由直流电源经逆变器调节供电，对各段圆弧定子单元中的三相绕组按时序通入电流，可以驱动转子正向或者逆向转动。通过径向电涡流位移传感器反馈的数据，差动改变相互对称圆弧定子单元电流的大小，来调节悬浮径向力的大小，平衡转子径向力来保证转子的平衡。在保证电机的基本转矩控制的同时实现悬浮力的控制来平衡转子的径向力。

上述无轴承无刷直流电机的控制方法的技术是采用如下步骤。首先，单绕组无轴承无刷直流电机的控制模块主要由三部分组成，分为转矩控制模块、悬浮控制模块和差动调节模块。在电机内部设置三个传感器，分别是霍尔传感器用以检测转子转角，电涡流x，y方向位移传感器用以检测转子与定子之间的气隙间距。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。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。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。

附图说明

图1是本发明单绕组无轴承无刷直流电机的绕组布置图

图中：1-壳体；2-定子磁轭；3-转矩悬浮绕组；4-定子齿；5-转轴；6-表贴式永磁体；

7-转子铁心。

图2是控制系统结构和电机连接图；

图3(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)分别是在A，AB，B，BC，C，CA相通电时悬浮力产生的相位图

具体实施方式

参见图1，电机由壳体1，定子磁轭2，定子齿4，表贴式永磁体6，转轴5，转矩悬浮绕组3，转子铁芯7组成。定子磁轭2为圆筒形，定子磁轭2内套装转轴，转轴表面套装转子铁心，永磁体以表贴式均匀安装在转子铁心上，相邻永磁铁极性相反。定子磁轭2，转轴5，转子铁心7三者同轴，定子磁轭分为四段圆弧定子单元。每段圆弧定子单元上有三个定子齿，共计十二个定子齿。转矩悬浮绕组均缠绕在定子齿上。