[发明专利]高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法

说明书

本发明提出一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，可以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。本发明不需要径向位移传感器，通过电机本身的电流和电压信号即可实现转子在零速和低速情况下的悬浮控制，能够有效降低电机制造成本，提高控制系统可靠性。

技术领域

本发明属于无轴承磁通切换电机控制技术领域，尤其涉及一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法。

背景技术

定子永磁型磁通切换电机永磁体仅放置于定子侧，转子仅由硅钢片堆叠而成，无永磁体和绕组，可以有效避免永磁体因温升导致的退磁风险，具有转矩密度高、工作效率高、转子运行鲁棒性强、适宜高速运行等优点。但由于电机转子采用机械轴承支撑，机械摩擦限制了转子转速的提高，并且轴承润滑会导致污染等问题。

为了克服机械轴承支撑带来的不利问题，将无轴承技术引入该电机中，从而构成无轴承磁通切换电机。为了实现转子径向悬浮，需要通过定子绕组产生定子电流调制定子和转子之间的气隙磁场，用来打破气隙中的平衡磁场，从而产生满足转子径向悬浮的悬浮力。为了产生转子悬浮力，同时又能借用原有的三相绕组线圈，把原有的三相绕组拆分为对称六相绕组，利用空间对称绕组中流过同方向的悬浮电流分量，产生满足转子悬浮需要的悬浮力，从而构成六相单绕组无轴承磁通切换电机。该方法有利于电机输出转矩能力的充分发挥。

在无轴承磁通切换电机运行过程中，对径向位移的准确检测是电机稳定运行的关键环节，通常在电机端部安装机械传感器获得转子切向位置和径向位移信号，再将两种信号用于控制电机旋转和悬浮。但是在电机中安装机械传感器阻碍了电机可靠性运行和集成化发展，限制了临界转速的提高，增加了系统制造成本。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，以解决电机在无转子径向位移传感器情况下转子径向位移估计及其控制问题。其在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，可以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。本发明不需要径向位移传感器，通过电机本身的电流和电压信号即可实现转子在零速和低速情况下的悬浮控制，能够有效降低电机制造成本，提高控制系统可靠性。

本发明具体采用以下技术方案：

一种高频脉振电流注入无轴承磁通切换电机转子偏心观测方法，其特征在于：

在电机绕组中注入高频脉振电流，选取两套空间对称绕组中高频电流引起的高频电压差异，通过单位正弦函数信号与低通滤波器提取出高频电压差异的直流分量，再根据坐标变换将高频电压差异的直流分量分解到两相静止坐标系中，利用高频电压差异与转子径向位移的关系，观测出转子径向位移，将观测的转子径向位移作为负反馈引入电机悬浮控制回路中，以实现电机在零速和低速情况下的稳定悬浮。

进一步地，包括以下步骤：

步骤S1：获取六相定子电流i_A～i_F，时间t，设置注入高频电流信号频率ω_h，计算高频信号角度θ_h：

θ_h＝ω_h·t；

步骤S2：利用步骤S1得到的高频信号角度θ_h计算高频脉振电流：