CN106411077A - 一种盘式双余度结构永磁同步电机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘式双余度结构永磁同步电机，包括壳体、电机轴、第一端部转子、第一定子、中间转子、第二定子和第二端部转子；壳体包括上端盖、下端盖、第一侧端盖和第二侧端盖；第一端部转子和第二端部转子的结构相同且均包括端部永磁体安装架、多块端部永磁体和磁轭；中间转子包括中间永磁体安装架、多块中间永磁体和中间永磁体压片；第一定子和第二定子的结构相同且均包括定子盘、线圈绕组和多块定子盘压片；本发明还公开了一种盘式双余度结构永磁同步电机的控制方法。本发明设计新颖合理，实现方便，减小了铁损耗，提高了效率，振动噪声低，消除了齿槽效应，运行可靠性高，具有广泛的应用前景，推广应用价值高。
Description
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种盘式双余度结构永磁同步电机及其控制方法。
背景技术
传统电机中，电机的磁场是由电流产生，为了减少磁路的磁阻，定、转子铁心采用硅钢片叠压而成，重量大(铁心重占总重量的60％左右)、体积大、损耗大(铁心损耗占总损耗的20％～30％)、振动噪声大(铁心齿、槽是产生噪声的主要根源)、效率低、转动惯量大、响应速度慢，而且当电机运行时，由于齿槽效应，会产生电磁转矩脉动。另外，传统电机只有一套绕组，当电机绕组发生短路、缺相等故障时，将会导致电机停止工作，影响整个系统。
余度技术在高可靠性永磁同步电机设计中应用广泛，Nicola Bianchi与SubhasisNandi等人计算得出：当单电机的可靠度为0.9时，双余度电机可靠度可达0.99；当单电机的可靠度为0.95时，双余度电机可靠度可达0.9975。永磁同步电机以其结构简单、体积小、重量轻、效率高等优点，已成为一体化电力作动器的首选。永磁同步电机伺服系统是一体化电力作动器的重要子系统，同时又是故障的高发环节，在航空航天电力作动系统中单余度永磁同步电机已经无法满足高可靠性要求。
现有技术中的永磁同步电机余度方式主要有以下三种类型：
a)串联余度结构：由两台独立的永磁同步电机构成驱动子系统是典型的串联余度结构，这种余度方式下电机的结构与单电机完全相同，系统中各台电机之间完全隔离，余度控制中无电磁耦合，因此控制策略简单；但这种余度系统的体积和重量很大，并且余度电机间的长轴连接方式极易放大转矩纷争而造成转轴扭曲和变形，甚至折断。
b)并联余度结构：Shuangxia Niu等人设计的电气双余度舵机作动系统采用了经典的并联余度结构，两套绕组分别由独立的电路完成驱动控制，当某一通道出现故障时，另一通道继续工作；但两套绕组间存在电磁耦合，增加了控制的复杂性，更重要的是当某一通道故障时，系统难以将其隔离。
c)容错余度结构：Nicola Bianchi等人提出了一种新型的多级双余度电机结构，定子分为外定子和内定子两部分，外定子采用分数槽集中绕组以减少槽数和定子轭重量，内定子采用凸极结构以增加绕组的绕制空间；这种结构的永磁同步电机适用于低转速大转矩系统，可提高系统控制的灵活性与电机的容错性能，但电机结构复杂，加工制作困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理、实现方便、减小了铁损耗、提高了效率、振动噪声低、消除了齿槽效应、运行可靠性高、具有广泛的应用前景、推广应用价值高的盘式双余度结构永磁同步电机。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：包括壳体和横穿壳体设置的电机轴，以及依次设置在所述壳体内部的第一端部转子、第一定子、中间转子、第二定子和第二端部转子；
所述壳体包括上端盖、下端盖、设置在第一端部转子侧面的第一侧端盖和设置在第二端部转子侧面的第二侧端盖，所述上端盖与下端盖固定连接，所述第一侧端盖与上端盖和下端盖均固定连接，所述第二侧端盖与上端盖和下端盖均固定连接；所述上端盖的内表面上设置有用于卡合连接所述第一定子的第一上定子卡槽和用于卡合连接所述第二定子的第二上定子卡槽，所述下端盖的内表面上设置有用于卡合连接所述第一定子的第一下定子卡槽和用于卡合连接所述第二定子的第二下定子卡槽；所述第一侧端盖上安装有用于支撑安装电机轴的第一轴承，所述第二侧端盖上安装有用于支撑安装电机轴的第二轴承；
所述第一端部转子和第二端部转子的结构相同且均包括端部永磁体安装架、卡合连接在端部永磁体安装架上的多块端部永磁体和用于将多块所述端部永磁体压紧在端部永磁体安装架上的磁轭，相邻两块端部永磁体安装时的极性相反；所述端部永磁体安装架和磁轭均卡合连接在电机轴上；
所述中间转子包括中间永磁体安装架、卡合连接在中间永磁体安装架上的多块中间永磁体和用于将多块所述中间永磁体压紧在中间永磁体安装架上的中间永磁体压片，相邻两块中间永磁体安装时的极性相反；所述中间永磁体安装架和中间永磁体压片均卡合连接在电机轴上；
所述第一定子和第二定子的结构相同且均包括定子盘和缠绕在定子盘上的线圈绕组，以及用于将线圈绕组压紧在定子盘上的多块定子盘压片；所述定子盘上设置有供线圈绕组穿出的定子盘出线孔，所述第一定子的定子盘上部卡合连接在第一上定子卡槽内，所述第一定子的定子盘下部卡合连接在第一下定子卡槽内；所述第二定子的定子盘上部卡合连接在第二上定子卡槽内，所述第二定子的定子盘下部卡合连接在第二下定子卡槽内；
所述上端盖上设置有供所述第一定子的线圈绕组穿出的第一定子出线孔和供所述第二定子的线圈绕组穿出的第二定子出线孔；所述电机轴上设置有位于第一轴承与第一端部转子之间的第一轴套，位于第一端部转子与第一定子之间的第二轴套，位于第二定子与第二端部转子之间的第三轴套，以及位于第二端部转子与第二轴承之间的第四轴套。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述端部永磁体安装架包括圆盘形的端部永磁体安装架本体和均匀设置在端部永磁体安装架本体外圆周上的多个端部永磁体卡槽，多块端部永磁体卡合连接在多个端部永磁体卡槽内，所述端部永磁体安装架本体上位于相邻两个端部永磁体卡槽之间的部分设置有端部永磁体安装架螺纹孔，所述端部永磁体安装架本体内圆周上均匀设置有多个端部永磁体安装架结构孔，所述端部永磁体安装架本体的中心设置有用于卡合连接电机轴的端部永磁体安装架轴孔；所述端部永磁体包括端部永磁体本体，所述端部永磁体本体的底面上设置有用于卡合连接到端部永磁体卡槽内的端部永磁体卡合连接部；所述磁轭包括圆环形的磁轭本体，所述磁轭本体上设置有多个分别与多个端部永磁体安装架螺纹孔相配合的磁轭连接孔，所述磁轭通过连接到磁轭连接孔和端部永磁体安装架螺纹孔内的螺栓与端部永磁体安装架固定连接。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述中间永磁体安装架包括圆盘形的中间永磁体安装架本体和均匀设置在中间永磁体安装架本体外圆周上的多个第一中间永磁体卡槽，多块中间永磁体卡合连接在多个中间永磁体卡槽内，所述中间永磁体安装架本体上位于相邻两个第一中间永磁体卡槽之间的部分设置有中间永磁体安装架螺纹孔，所述中间永磁体安装架本体内圆周上均匀设置有多个中间永磁体安装架结构孔，所述中间永磁体安装架本体的中心设置有用于卡合连接电机轴的中间永磁体安装架轴孔；所述中间永磁体压片包括圆环形的中间永磁体压片本体和均匀设置在中间永磁体压片本体上的多个第二中间永磁体卡槽，所述中间永磁体压片本体上位于相邻两个第二中间永磁体卡槽之间的部分设置有与中间永磁体安装架螺纹孔相配合的中间永磁体压片连接孔，所述中间永磁体压片通过连接到中间永磁体压片连接孔和中间永磁体安装架螺纹孔内的螺栓与中间永磁体安装架固定连接；所述中间永磁体包括中间永磁体本体，所述中间永磁体本体的底面上设置有用于卡合连接到第一中间永磁体卡槽内的中间永磁体第一卡合连接部，所述中间永磁体本体的顶面上设置有用于卡合连接到第二中间永磁体卡槽内的中间永磁体第二卡合连接部。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述定子盘包括圆环形的定子盘本体和均匀设置在定子盘本体上用于缠绕线圈绕组的多个线圈固定凸起，所述线圈固定凸起上设置有定子盘压片卡槽，所述定子盘本体位于定子盘压片卡槽内的部分设置有定子盘通孔，所述定子盘出线孔设置在定子盘本体上；所述定子盘压片包括形状与线圈固定凸起的形状相配合的定子盘压片本体，所述定子盘压片本体的底面上设置有用于卡合连接到定子盘压片卡槽内的定子盘压凸起，所述定子盘压片本体和定子盘压凸起上设置有与定子盘通孔相配合的定子盘压片通孔，所述定子盘压片通过连接到定子盘压片通孔和定子盘通孔内的自攻螺钉与定子盘固定连接。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述定子盘和定子盘压片均由酚醛树脂制成。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述第一定子出线孔与设置在所述第一定子的定子盘上的定子盘出线孔相对设置，所述第二定子出线孔与设置在所述第二定子的定子盘上的定子盘出线孔相对设置。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：缠绕在所述第一定子的定子盘上的线圈绕组和缠绕在所述第二定子的定子盘上的线圈绕组均采用单层集中绕法；所述第一定子的线圈绕组穿出定子盘出线孔和第一定子出线孔后采用星形接法进行连接，所述第二定子的线圈绕组穿出定子盘出线孔和第二定子出线孔后采用星形接法进行连接。
上述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述第一轴承和第二轴承均为角接触轴承，所述第一轴套与第四轴套的结构相同，所述第二轴套与第三轴套的结构相同。
本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、实现方便、能够实现对盘式双余度结构永磁同步电机的两套绕组的协调控制的盘式双余度结构永磁同步电机的控制方法，其采用的控制系统包括第一控制单元、第二控制单元和控制计算机，所述第一控制单元包括依次连接的第一数字信号处理器、第一IGBT驱动电路和第一IGBT全桥逆变电路，所述第一数字信号处理器的输入端接有第一旋变解算电路和第一绕组电流检测电路，所述第一旋变解算电路上接有第一旋转变压器，所述第一绕组电流检测电路的输入端接有用于对所述第一定子的线圈绕组的电流进行实时检测的第一电流传感器，所述第一电流传感器与第一定子的线圈绕组连接；所述第二控制单元包括依次连接的第二数字信号处理器、第二IGBT驱动电路和第二IGBT全桥逆变电路，所述第二数字信号处理器的输入端接有第二旋变解算电路和第二绕组电流检测电路，所述第二旋变解算电路上接有第二旋转变压器，所述第二绕组电流检测电路的输入端接有用于对所述第二定子的线圈绕组的电流进行实时检测的第二电流传感器，所述第二电流传感器与第二定子的线圈绕组连接；所述第一旋转变压器和第二旋转变压器分别与电机轴的两端固定连接,所述第一数字信号处理器和第二数字信号处理器连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、控制计算机分别向第一数字信号处理器和第二数字信号处理器发送电机转速ω* r；
步骤二、第一数字信号处理器根据其接收到的电机转速ω* r，输出对应于给第一定子的线圈绕组的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路；同时，第二数字信号处理器根据其接收到的电机转速ω* r，输出对应于给第二定子的线圈绕组的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路；
步骤三、第一IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路，第一IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子的线圈绕组，在第一定子的线圈绕组中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第一端部转子旋转；同时，第二IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路，第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子的线圈绕组，在第二定子的线圈绕组中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第二端部转子旋转；
所述第一端部转子和第二端部转子旋转，即实现了所述永磁同步电机的运行，所述永磁同步电机运行过程中，第一电流传感器对所述第一定子的线圈绕组的电流进行实时检测，并将检测到的信号输出给第一绕组电流检测电路，第一绕组电流检测电路将第一电流传感器输出的信号进行放大与平移后输出给第一数字信号处理器；同时，第二电流传感器对所述第一定子的线圈绕组的电流进行实时检测，并将检测到的信号输出给第二绕组电流检测电路，第二绕组电流检测电路将第二电流传感器输出的信号进行放大与平移后输出给第二数字信号处理器；
步骤四、第一数字信号处理器先对其接收到的三相绕组电流进行Clark变换，将三相绕组电流变换为两相静止电流；再对两相静止电流进行Park变换，将两相静止电流变为交轴电流Iq1和直轴电流Id1；同时，第二数字信号处理器先对其接收到的三相绕组电流进行Clark变换，将三相绕组电流变换为两相静止电流；再对两相静止电流进行Park变换，将两相静止电流变为交轴电流Iq2和直轴电流Id2；
步骤五、第一旋变解算电路向第一旋转变压器输出正弦激励信号，激励第一旋转变压器产生与所述永磁同步电机中的第一端部转子的位置相对应的两路正交电压信号，第一旋变解算电路接收到第一旋转变压器产生的两路正交电压信号后，输出当前第一端部转子的转速ωr1给第一数字信号处理器；同时，第二旋变解算电路向第二旋转变压器输出正弦激励信号，激励第二旋转变压器产生与所述永磁同步电机中的第二端部转子的位置相对应的两路正交电压信号，第二旋变解算电路接收到第二旋转变压器产生的两路正交电压信号后，输出当前第二端部转子的转速ωr2给第二数字信号处理器；
步骤六、第一数字信号处理器对其接收到的电机转速ω* r和当前第一端部转子的转速ωr1作差，并对得到的转速差值进行PID控制，产生对第一定子的线圈绕组的电流控制信号同时，第二数字信号处理器对其接收到的电机转速ω* r和当前第二端部转子的转速ωr2作差，并对得到的转速差值进行PID控制，产生对第二定子的线圈绕组的电流控制信号
步骤七、第一数字信号处理器将对第一定子的线圈绕组的电流控制信号与交轴电流Iq1作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vq1；同时，第二数字信号处理器将对第二定子的线圈绕组的电流控制信号与交轴电流Iq2作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vq2；
步骤八、采用磁场定向令Id＝0，第一数字信号处理器将交轴电流Iq1与Id作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vd1；第二数字信号处理器将交轴电流Iq2与Id作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vd2；
步骤九、第一数字信号处理器根据电压Vq1和电压Vd1，并根据矢量控制SVPWM控制算法，输出对应于给第一定子的线圈绕组的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路；同时，第二数字信号处理器根据电压Vq2和电压Vd2，并根据矢量控制SVPWM控制算法，输出对应于给第二定子的线圈绕组的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路；
步骤十、第一IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路，第一IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子的线圈绕组，在第一定子的线圈绕组中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第一端部转子旋转；同时，第二IGBT驱动电路对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路，第二IGBT全桥逆变电路根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子的线圈绕组，在第二定子的线圈绕组中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第二端部转子旋转；直到控制计算机分别向第一数字信号处理器和第二数字信号处理器发送电机停止转动的控制信号后，第一数字信号处理器停止输出PWM信号，第二数字信号处理器停止输出PWM信号，所述第一端部转子和第二端部转子停止旋转，所述永磁同步电机停止运行。
上述的方法，其特征在于：步骤四之前，所述第一数字信号处理器还将其接收到的三相绕组电流与预先设定的短路保护电流相比对，当其接收到的三相绕组电流大于预先设定的短路保护电流时，所述第一数字信号处理器停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第二数字信号处理器，所述第二数字信号处理器停止输出PWM信号，所述第一端部转子和第二端部转子停止旋转，所述永磁同步电机停止运行；同时，所述第二数字信号处理器还将其接收到的三相绕组电流与预先设定的短路保护电流相比对，当其接收到的三相绕组电流大于预先设定的短路保护电流时，所述第二数字信号处理器停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第一数字信号处理器，所述第一数字信号处理器停止输出PWM信号，所述第一端部转子和第二端部转子停止旋转，所述永磁同步电机停止运行。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明盘式双余度结构永磁同步电机的结构简单，设计新颖合理，实现方便。
2、本发明的盘式双余度结构永磁同步电机的工作可靠性高，不同于双绕组永磁同步电机，两套绕组在同时工作时，电枢绕组间的互感对电机其他参数产生不确定的影响，进而将导致伺服系统功能及性能的协调控制难题增大甚至反而降低系统可靠性。
3、本发明的盘式双余度结构永磁同步电机，定转子隔层叠放，形成多个圆环面，两套线圈绕组互感为零，在很大程度上降低了模型的非线性度，从而大大增强系统的可靠性，简化了协调控制的难题。
4、本发明盘式双余度结构永磁同步电机的重量轻，减小了铁损耗，提高了效率，振动噪声低，完全消除了齿槽效应。
5、本发明的盘式双余度结构永磁同步电机，两套绕组可以单独承担负荷所需功耗，也可以协调工作，平分负荷所需功耗，正常情况每套绕组承担供二分之一负荷，当某套绕组出现故障，则负荷能够由另一套绕组承担，大大提高了电机运行的可靠性。
6、本发明的盘式双余度结构永磁同步电机的控制方法的方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够实现对盘式双余度结构永磁同步电机的两套绕组的协调控制。
7、本发明能够为开展PMSM伺服系统余度间电磁解耦方法及协调控制、容错策略的研究提供依据，能够满足航空航天领域IEA突出的高可靠性要求，具有广泛的应用前景，推广应用价值高。
综上所述，本发明的设计新颖合理，实现方便，减小了铁损耗，提高了效率，振动噪声低，消除了齿槽效应，运行可靠性高，具有广泛的应用前景，推广应用价值高。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明盘式双余度结构永磁同步电机的立体图。
图2为本发明盘式双余度结构永磁同步电机的主视图。
图3为本发明上端盖的结构示意图。
图4为本发明下端盖的结构示意图。
图5为本发明第一侧端盖的结构示意图。
图6为本发明第二侧端盖的结构示意图。
图7为本发明第一端部转子和第二端部转子的结构示意图。
图8为本发明多块端部永磁体在端部永磁体安装架上的布设示意图。
图9为本发明永磁体安装架的结构示意图。
图10为本发明端部永磁体的结构示意图。
图11为本发明磁轭的结构示意图。
图12为本发明中间转子的结构示意图。
图13为本发明中间永磁体安装架的结构示意图。
图14为本发明中间永磁体压片的结构示意图。
图15为本发明中间永磁体的结构示意图。
图16为本发明第一定子和第二定子的结构示意图。
图17为本发明线圈绕组在定子盘上的缠绕示意图。
图18为本发明定子盘的结构示意图。
图19为本发明定子盘压片的结构示意图。
图20为本发明第一轴套和第四轴套的结构示意图。
图21为本发明第二轴套和第三轴套的结构示意图。
图22为本发明盘式双余度结构永磁同步电机的控制方法所采用的控制系统的电路原理框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包的盘式双余度结构永磁同步电机，包括壳体和横穿壳体设置的电机轴10，以及依次设置在所述壳体内部的第一端部转子15、第一定子16、中间转子17、第二定子18和第二端部转子19；
结合图3、图4、图5和图6，所述壳体包括上端盖8、下端盖9、设置在第一端部转子15侧面的第一侧端盖7-1和设置在第二端部转子19侧面的第二侧端盖7-2，所述上端盖8与下端盖9固定连接，所述第一侧端盖7-1与上端盖8和下端盖9均固定连接，所述第二侧端盖7-2与上端盖8和下端盖9均固定连接；所述上端盖8的内表面上设置有用于卡合连接所述第一定子16的第一上定子卡槽8-1和用于卡合连接所述第二定子18的第二上定子卡槽8-2，所述下端盖9的内表面上设置有用于卡合连接所述第一定子16的第一下定子卡槽9-1和用于卡合连接所述第二定子18的第二下定子卡槽9-2；所述第一侧端盖7-1上安装有用于支撑安装电机轴10的第一轴承20，所述第二侧端盖7-2上安装有用于支撑安装电机轴10的第二轴承21；
如图7和图8所示，所述第一端部转子15和第二端部转子19的结构相同且均包括端部永磁体安装架1、卡合连接在端部永磁体安装架1上的多块端部永磁体13和用于将多块所述端部永磁体13压紧在端部永磁体安装架1上的磁轭4，相邻两块端部永磁体13安装时的极性相反；所述端部永磁体安装架1和磁轭4均卡合连接在电机轴10上；
如图12所示，所述中间转子17包括中间永磁体安装架3、卡合连接在中间永磁体安装架3上的多块中间永磁体14和用于将多块所述中间永磁体14压紧在中间永磁体安装架3上的中间永磁体压片2，相邻两块中间永磁体14安装时的极性相反；所述中间永磁体安装架3和中间永磁体压片2均卡合连接在电机轴10上；
如图16和图17所示，所述第一定子16和第二定子18的结构相同且均包括定子盘5和缠绕在定子盘5上的线圈绕组22，以及用于将线圈绕组22压紧在定子盘5上的多块定子盘压片6；所述定子盘5上设置有供线圈绕组22穿出的定子盘出线孔5-5，所述第一定子16的定子盘5上部卡合连接在第一上定子卡槽8-1内，所述第一定子16的定子盘5下部卡合连接在第一下定子卡槽9-1内；所述第二定子18的定子盘5上部卡合连接在第二上定子卡槽8-2内，所述第二定子的定子盘5下部卡合连接在第二下定子卡槽9-2内；
如图3所示，所述上端盖8上设置有供所述第一定子16的线圈绕组22穿出的第一定子出线孔8-3和供所述第二定子18的线圈绕组22穿出的第二定子出线孔8-4；如图2所示，所述电机轴10上设置有位于第一轴承20与第一端部转子15之间的第一轴套11-1，位于第一端部转子15与第一定子16之间的第二轴套12-1，位于第二定子18与第二端部转子19之间的第三轴套12-2，以及位于第二端部转子19与第二轴承21之间的第四轴套11-2。
本实施例中，如图9所示，所述端部永磁体安装架1包括圆盘形的端部永磁体安装架本体1-1和均匀设置在端部永磁体安装架本体1-1外圆周上的多个端部永磁体卡槽1-2，多块端部永磁体13卡合连接在多个端部永磁体卡槽1-2内，所述端部永磁体安装架本体1-1上位于相邻两个端部永磁体卡槽1-2之间的部分设置有端部永磁体安装架螺纹孔1-3，所述端部永磁体安装架本体1-1内圆周上均匀设置有多个端部永磁体安装架结构孔1-4，所述端部永磁体安装架本体1-1的中心设置有用于卡合连接电机轴10的端部永磁体安装架轴孔1-5；如图10所示，所述端部永磁体13包括端部永磁体本体13-1，所述端部永磁体本体13-1的底面上设置有用于卡合连接到端部永磁体卡槽1-2内的端部永磁体卡合连接部13-2；如图11所示，所述磁轭4包括圆环形的磁轭本体4-1，所述磁轭本体4-1上设置有多个分别与多个端部永磁体安装架螺纹孔1-3相配合的磁轭连接孔4-2，所述磁轭4通过连接到磁轭连接孔4-2和端部永磁体安装架螺纹孔1-3内的螺栓与端部永磁体安装架1固定连接。
本实施例中，如图13所示，所述中间永磁体安装架3包括圆盘形的中间永磁体安装架本体3-1和均匀设置在中间永磁体安装架本体3-1外圆周上的多个第一中间永磁体卡槽3-2，多块中间永磁体14卡合连接在多个中间永磁体卡槽3-2内，所述中间永磁体安装架本体3-1上位于相邻两个第一中间永磁体卡槽3-2之间的部分设置有中间永磁体安装架螺纹孔3-3，所述中间永磁体安装架本体3-1内圆周上均匀设置有多个中间永磁体安装架结构孔3-4，所述中间永磁体安装架本体3-1的中心设置有用于卡合连接电机轴10的中间永磁体安装架轴孔3-5；如图14所示，所述中间永磁体压片2包括圆环形的中间永磁体压片本体2-1和均匀设置在中间永磁体压片本体2-1上的多个第二中间永磁体卡槽2-3，所述中间永磁体压片本体2-1上位于相邻两个第二中间永磁体卡槽2-3之间的部分设置有与中间永磁体安装架螺纹孔3-3相配合的中间永磁体压片连接孔2-2，所述中间永磁体压片2通过连接到中间永磁体压片连接孔2-2和中间永磁体安装架螺纹孔3-3内的螺栓与中间永磁体安装架3固定连接；如图15所示，所述中间永磁体14包括中间永磁体本体14-1，所述中间永磁体本体14-1的底面上设置有用于卡合连接到第一中间永磁体卡槽3-2内的中间永磁体第一卡合连接部14-2，所述中间永磁体本体14-1的顶面上设置有用于卡合连接到第二中间永磁体卡槽2-3内的中间永磁体第二卡合连接部14-3。
本实施例中，如图18所示，所述定子盘5包括圆环形的定子盘本体5-1和均匀设置在定子盘本体5-1上用于缠绕线圈绕组22的多个线圈固定凸起5-2，所述线圈固定凸起5-2上设置有定子盘压片卡槽5-3，所述定子盘本体5-1位于定子盘压片卡槽5-3内的部分设置有定子盘通孔5-4，所述定子盘出线孔5-5设置在定子盘本体5-1上；如图19所示，所述定子盘压片6包括形状与线圈固定凸起5-2的形状相配合的定子盘压片本体6-1，所述定子盘压片本体6-1的底面上设置有用于卡合连接到定子盘压片卡槽5-3内的定子盘压凸起6-2，所述定子盘压片本体6-1和定子盘压凸起6-2上设置有与定子盘通孔5-4相配合的定子盘压片通孔6-3，所述定子盘压片6通过连接到定子盘压片通孔6-3和定子盘通孔5-4内的自攻螺钉与定子盘5固定连接。
本实施例中，所述定子盘5和定子盘压片6均由酚醛树脂制成。
本实施例中，所述第一定子出线孔8-3与设置在所述第一定子16的定子盘5上的定子盘出线孔5-5相对设置，所述第二定子出线孔8-4与设置在所述第二定子的定子盘5上的定子盘出线孔5-5相对设置。
本实施例中，缠绕在所述第一定子16的定子盘5上的线圈绕组22和缠绕在所述第二定子18的定子盘5上的线圈绕组22均采用单层集中绕法；所述第一定子16的线圈绕组22穿出定子盘出线孔5-5和第一定子出线孔8-3后采用星形接法进行连接，所述第二定子18的线圈绕组22穿出定子盘出线孔5-5和第二定子出线孔8-4后采用星形接法进行连接。采用单层集中绕法，与叠绕和波绕的布线方式相比，能够减小定子盘5的厚度，这样就可以减小气隙的长度，从而就能提高气隙的磁密；另外，还能减小电机的体积。
本实施例中，所述第一轴承20和第二轴承21均为角接触轴承，如图20所示，所述第一轴套11-1与第四轴套11-2的结构相同，如图21所示，所述第二轴套12-1与第三轴套12-2的结构相同。
本发明的盘式双余度结构永磁同步电机的控制方法，如图22所示，其采用的控制系统包括第一控制单元、第二控制单元和控制计算机37，所述第一控制单元包括依次连接的第一数字信号处理器23、第一IGBT驱动电路24和第一IGBT全桥逆变电路25，所述第一数字信号处理器23的输入端接有第一旋变解算电路26和第一绕组电流检测电路27，所述第一旋变解算电路26上接有第一旋转变压器28，所述第一绕组电流检测电路27的输入端接有用于对所述第一定子16的线圈绕组22的电流进行实时检测的第一电流传感器29，所述第一电流传感器29与第一定子16的线圈绕组22连接；所述第二控制单元包括依次连接的第二数字信号处理器30、第二IGBT驱动电路31和第二IGBT全桥逆变电路32，所述第二数字信号处理器30的输入端接有第二旋变解算电路33和第二绕组电流检测电路34，所述第二旋变解算电路33上接有第二旋转变压器35，所述第二绕组电流检测电路34的输入端接有用于对所述第二定子18的线圈绕组22的电流进行实时检测的第二电流传感器36，所述第二电流传感器36与第二定子18的线圈绕组22连接；所述第一旋转变压器28和第二旋转变压器35分别与电机轴10的两端固定连接,所述第一数字信号处理器23和第二数字信号处理器30连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、控制计算机37分别向第一数字信号处理器23和第二数字信号处理器30发送电机转速ω* r；
步骤二、第一数字信号处理器23根据其接收到的电机转速ω* r，输出对应于给第一定子16的线圈绕组22的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路24；同时，第二数字信号处理器30根据其接收到的电机转速ω* r，输出对应于给第二定子18的线圈绕组22的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路31；
步骤三、第一IGBT驱动电路24对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路25，第一IGBT全桥逆变电路25根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子16的线圈绕组22，在第一定子16的线圈绕组22中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第一端部转子15旋转；由于在第一端部转子15上安装了端部永磁体13，端部永磁体13的极性是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在第一定子16中产生的旋转磁场会带动第一端部转子15进行旋转，最终达到第一端部转子15的旋转速度与第一定子16中产生的旋转磁极的转速相等。同时，第二IGBT驱动电路31对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路32，第二IGBT全桥逆变电路32根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子18的线圈绕组22，在第二定子18的线圈绕组22中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第二端部转子19旋转；由于在第二端部转子19上安装了端部永磁体13，端部永磁体13的极性是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在第二定子18中产生的旋转磁场会带动第二端部转子19进行旋转，最终达到第二端部转子19的旋转速度与第二定子18中产生的旋转磁极的转速相等。
所述第一端部转子15和第二端部转子19旋转，即实现了所述永磁同步电机的运行，所述永磁同步电机运行过程中，第一电流传感器29对所述第一定子16的线圈绕组22的电流进行实时检测，并将检测到的信号输出给第一绕组电流检测电路27，第一绕组电流检测电路27将第一电流传感器29输出的信号进行放大与平移后输出给第一数字信号处理器23；同时，第二电流传感器36对所述第一定子16的线圈绕组22的电流进行实时检测，并将检测到的信号输出给第二绕组电流检测电路34，第二绕组电流检测电路34将第二电流传感器36输出的信号进行放大与平移后输出给第二数字信号处理器30；
步骤四、第一数字信号处理器23先对其接收到的三相绕组电流进行Clark变换，将三相绕组电流变换为两相静止电流；再对两相静止电流进行Park变换，将两相静止电流变为交轴电流Iq1和直轴电流Id1；同时，第二数字信号处理器30先对其接收到的三相绕组电流进行Clark变换，将三相绕组电流变换为两相静止电流；再对两相静止电流进行Park变换，将两相静止电流变为交轴电流Iq2和直轴电流Id2；
步骤五、第一旋变解算电路26向第一旋转变压器28输出正弦激励信号，激励第一旋转变压器28产生与所述永磁同步电机中的第一端部转子15的位置相对应的两路正交电压信号，第一旋变解算电路26接收到第一旋转变压器28产生的两路正交电压信号后，输出当前第一端部转子15的转速ωr1给第一数字信号处理器23；同时，第二旋变解算电路33向第二旋转变压器35输出正弦激励信号，激励第二旋转变压器35产生与所述永磁同步电机中的第二端部转子19的位置相对应的两路正交电压信号，第二旋变解算电路33接收到第二旋转变压器35产生的两路正交电压信号后，输出当前第二端部转子19的转速ωr2给第二数字信号处理器30；
步骤六、第一数字信号处理器23对其接收到的电机转速ω* r和当前第一端部转子15的转速ωr1作差，并对得到的转速差值进行PID控制，产生对第一定子16的线圈绕组22的电流控制信号同时，第二数字信号处理器30对其接收到的电机转速ω* r和当前第二端部转子19的转速ωr2作差，并对得到的转速差值进行PID控制，产生对第二定子18的线圈绕组22的电流控制信号
步骤七、第一数字信号处理器23将对第一定子16的线圈绕组22的电流控制信号与交轴电流Iq1作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vq1；同时，第二数字信号处理器30将对第二定子18的线圈绕组22的电流控制信号与交轴电流Iq2作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vq2；
步骤八、采用磁场定向令Id＝0，第一数字信号处理器23将交轴电流Iq1与Id作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vd1；第二数字信号处理器30将交轴电流Iq2与Id作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vd2；
步骤九、第一数字信号处理器23根据电压Vq1和电压Vd1，并根据矢量控制SVPWM控制算法，输出对应于给第一定子16的线圈绕组22的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路24；同时，第二数字信号处理器30根据电压Vq2和电压Vd2，并根据矢量控制SVPWM控制算法，输出对应于给第二定子18的线圈绕组22的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路31；
步骤十、第一IGBT驱动电路24对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路25，第一IGBT全桥逆变电路25根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子16的线圈绕组22，在第一定子16的线圈绕组22中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第一端部转子15旋转；同时，第二IGBT驱动电路31对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路32，第二IGBT全桥逆变电路32根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子18的线圈绕组22，在第二定子18的线圈绕组22中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第二端部转子19旋转；直到控制计算机(37)分别向第一数字信号处理器23和第二数字信号处理器30发送电机停止转动的控制信号后，第一数字信号处理器23停止输出PWM信号，第二数字信号处理器30停止输出PWM信号，所述第一端部转子15和第二端部转子19停止旋转，所述永磁同步电机停止运行。
本实施例中，步骤四之前，所述第一数字信号处理器23还将其接收到的三相绕组电流与预先设定的短路保护电流相比对，当其接收到的三相绕组电流大于预先设定的短路保护电流时，所述第一数字信号处理器23停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第二数字信号处理器30，所述第二数字信号处理器30停止输出PWM信号，所述第一端部转子15和第二端部转子19停止旋转，所述永磁同步电机停止运行；同时，所述第二数字信号处理器30还将其接收到的三相绕组电流与预先设定的短路保护电流相比对，当其接收到的三相绕组电流大于预先设定的短路保护电流时，所述第二数字信号处理器30停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第一数字信号处理器23，所述第一数字信号处理器23停止输出PWM信号，所述第一端部转子15和第二端部转子19停止旋转，所述永磁同步电机停止运行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：包括壳体和横穿壳体设置的电机轴(10)，以及依次设置在所述壳体内部的第一端部转子(15)、第一定子(16)、中间转子(17)、第二定子(18)和第二端部转子(19)；
所述壳体包括上端盖(8)、下端盖(9)、设置在第一端部转子(15)侧面的第一侧端盖(7-1)和设置在第二端部转子(19)侧面的第二侧端盖(7-2)，所述上端盖(8)与下端盖(9)固定连接，所述第一侧端盖(7-1)与上端盖(8)和下端盖(9)均固定连接，所述第二侧端盖(7-2)与上端盖(8)和下端盖(9)均固定连接；所述上端盖(8)的内表面上设置有用于卡合连接所述第一定子(16)的第一上定子卡槽(8-1)和用于卡合连接所述第二定子(18)的第二上定子卡槽(8-2)，所述下端盖(9)的内表面上设置有用于卡合连接所述第一定子(16)的第一下定子卡槽(9-1)和用于卡合连接所述第二定子(18)的第二下定子卡槽(9-2)；所述第一侧端盖(7-1)上安装有用于支撑安装电机轴(10)的第一轴承(20)，所述第二侧端盖(7-2)上安装有用于支撑安装电机轴(10)的第二轴承(21)；
所述第一端部转子(15)和第二端部转子(19)的结构相同且均包括端部永磁体安装架(1)、卡合连接在端部永磁体安装架(1)上的多块端部永磁体(13)和用于将多块所述端部永磁体(13)压紧在端部永磁体安装架(1)上的磁轭(4)，相邻两块端部永磁体(13)安装时的极性相反；所述端部永磁体安装架(1)和磁轭(4)均卡合连接在电机轴(10)上；
所述中间转子(17)包括中间永磁体安装架(3)、卡合连接在中间永磁体安装架(3)上的多块中间永磁体(14)和用于将多块所述中间永磁体(14)压紧在中间永磁体安装架(3)上的中间永磁体压片(2)，相邻两块中间永磁体(14)安装时的极性相反；所述中间永磁体安装架(3)和中间永磁体压片(2)均卡合连接在电机轴(10)上；
所述第一定子(16)和第二定子(18)的结构相同且均包括定子盘(5)和缠绕在定子盘(5)上的线圈绕组(22)，以及用于将线圈绕组(22)压紧在定子盘(5)上的多块定子盘压片(6)；所述定子盘(5)上设置有供线圈绕组(22)穿出的定子盘出线孔(5-5)，所述第一定子(16)的定子盘(5)上部卡合连接在第一上定子卡槽(8-1)内，所述第一定子(16)的定子盘(5)下部卡合连接在第一下定子卡槽(9-1)内；所述第二定子(18)的定子盘(5)上部卡合连接在第二上定子卡槽(8-2)内，所述第二定子的定子盘(5)下部卡合连接在第二下定子卡槽(9-2)内；
所述上端盖(8)上设置有供所述第一定子(16)的线圈绕组(22)穿出的第一定子出线孔(8-3)和供所述第二定子(18)的线圈绕组(22)穿出的第二定子出线孔(8-4)；所述电机轴(10)上设置有位于第一轴承(20)与第一端部转子(15)之间的第一轴套(11-1)，位于第一端部转子(15)与第一定子(16)之间的第二轴套(12-1)，位于第二定子(18)与第二端部转子(19)之间的第三轴套(12-2)，以及位于第二端部转子(19)与第二轴承(21)之间的第四轴套(11-2)。
2.按照权利要求1所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述端部永磁体安装架(1)包括圆盘形的端部永磁体安装架本体(1-1)和均匀设置在端部永磁体安装架本体(1-1)外圆周上的多个端部永磁体卡槽(1-2)，多块端部永磁体(13)卡合连接在多个端部永磁体卡槽(1-2)内，所述端部永磁体安装架本体(1-1)上位于相邻两个端部永磁体卡槽(1-2)之间的部分设置有端部永磁体安装架螺纹孔(1-3)，所述端部永磁体安装架本体(1-1)内圆周上均匀设置有多个端部永磁体安装架结构孔(1-4)，所述端部永磁体安装架本体(1-1)的中心设置有用于卡合连接电机轴(10)的端部永磁体安装架轴孔(1-5)；所述端部永磁体(13)包括端部永磁体本体(13-1)，所述端部永磁体本体(13-1)的底面上设置有用于卡合连接到端部永磁体卡槽(1-2)内的端部永磁体卡合连接部(13-2)；所述磁轭(4)包括圆环形的磁轭本体(4-1)，所述磁轭本体(4-1)上设置有多个分别与多个端部永磁体安装架螺纹孔(1-3)相配合的磁轭连接孔(4-2)，所述磁轭(4)通过连接到磁轭连接孔(4-2)和端部永磁体安装架螺纹孔(1-3)内的螺栓与端部永磁体安装架(1)固定连接。
3.按照权利要求1所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述中间永磁体安装架(3)包括圆盘形的中间永磁体安装架本体(3-1)和均匀设置在中间永磁体安装架本体(3-1)外圆周上的多个第一中间永磁体卡槽(3-2)，多块中间永磁体(14)卡合连接在多个中间永磁体卡槽(3-2)内，所述中间永磁体安装架本体(3-1)上位于相邻两个第一中间永磁体卡槽(3-2)之间的部分设置有中间永磁体安装架螺纹孔(3-3)，所述中间永磁体安装架本体(3-1)内圆周上均匀设置有多个中间永磁体安装架结构孔(3-4)，所述中间永磁体安装架本体(3-1)的中心设置有用于卡合连接电机轴(10)的中间永磁体安装架轴孔(3-5)；所述中间永磁体压片(2)包括圆环形的中间永磁体压片本体(2-1)和均匀设置在中间永磁体压片本体(2-1)上的多个第二中间永磁体卡槽(2-3)，所述中间永磁体压片本体(2-1)上位于相邻两个第二中间永磁体卡槽(2-3)之间的部分设置有与中间永磁体安装架螺纹孔(3-3)相配合的中间永磁体压片连接孔(2-2)，所述中间永磁体压片(2)通过连接到中间永磁体压片连接孔(2-2)和中间永磁体安装架螺纹孔(3-3)内的螺栓与中间永磁体安装架(3)固定连接；所述中间永磁体(14)包括中间永磁体本体(14-1)，所述中间永磁体本体(14-1)的底面上设置有用于卡合连接到第一中间永磁体卡槽(3-2)内的中间永磁体第一卡合连接部(14-2)，所述中间永磁体本体(14-1)的顶面上设置有用于卡合连接到第二中间永磁体卡槽(2-3)内的中间永磁体第二卡合连接部(14-3)。
4.按照权利要求1所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述定子盘(5)包括圆环形的定子盘本体(5-1)和均匀设置在定子盘本体(5-1)上用于缠绕线圈绕组(22)的多个线圈固定凸起(5-2)，所述线圈固定凸起(5-2)上设置有定子盘压片卡槽(5-3)，所述定子盘本体(5-1)位于定子盘压片卡槽(5-3)内的部分设置有定子盘通孔(5-4)，所述定子盘出线孔(5-5)设置在定子盘本体(5-1)上；所述定子盘压片(6)包括形状与线圈固定凸起(5-2)的形状相配合的定子盘压片本体(6-1)，所述定子盘压片本体(6-1)的底面上设置有用于卡合连接到定子盘压片卡槽(5-3)内的定子盘压凸起(6-2)，所述定子盘压片本体(6-1)和定子盘压凸起(6-2)上设置有与定子盘通孔(5-4)相配合的定子盘压片通孔(6-3)，所述定子盘压片(6)通过连接到定子盘压片通孔(6-3)和定子盘通孔(5-4)内的自攻螺钉与定子盘(5)固定连接。
5.按照权利要求4所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述定子盘(5)和定子盘压片(6)均由酚醛树脂制成。
6.按照权利要求1所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述第一定子出线孔(8-3)与设置在所述第一定子(16)的定子盘(5)上的定子盘出线孔(5-5)相对设置，所述第二定子出线孔(8-4)与设置在所述第二定子的定子盘(5)上的定子盘出线孔(5-5)相对设置。
7.按照权利要求1所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：缠绕在所述第一定子(16)的定子盘(5)上的线圈绕组(22)和缠绕在所述第二定子(18)的定子盘(5)上的线圈绕组(22)均采用单层集中绕法；所述第一定子(16)的线圈绕组(22)穿出定子盘出线孔(5-5)和第一定子出线孔(8-3)后采用星形接法进行连接，所述第二定子(18)的线圈绕组(22)穿出定子盘出线孔(5-5)和第二定子出线孔(8-4)后采用星形接法进行连接。
8.按照权利要求1所述的一种盘式双余度结构永磁同步电机，其特征在于：所述第一轴承(20)和第二轴承(21)均为角接触轴承，所述第一轴套(11-1)与第四轴套(11-2)的结构相同，所述第二轴套(12-1)与第三轴套(12-2)的结构相同。
9.一种对如权利要求1所述的盘式双余度结构永磁同步电机进行控制的方法，其采用的控制系统包括第一控制单元、第二控制单元和控制计算机(37)，所述第一控制单元包括依次连接的第一数字信号处理器(23)、第一IGBT驱动电路(24)和第一IGBT全桥逆变电路(25)，所述第一数字信号处理器(23)的输入端接有第一旋变解算电路(26)和第一绕组电流检测电路(27)，所述第一旋变解算电路(26)上接有第一旋转变压器(28)，所述第一绕组电流检测电路(27)的输入端接有用于对所述第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流进行实时检测的第一电流传感器(29)，所述第一电流传感器(29)与第一定子(16)的线圈绕组(22)连接；所述第二控制单元包括依次连接的第二数字信号处理器(30)、第二IGBT驱动电路(31)和第二IGBT全桥逆变电路(32)，所述第二数字信号处理器(30)的输入端接有第二旋变解算电路(33)和第二绕组电流检测电路(34)，所述第二旋变解算电路(33)上接有第二旋转变压器(35)，所述第二绕组电流检测电路(34)的输入端接有用于对所述第二定子(18)的线圈绕组(22)的电流进行实时检测的第二电流传感器(36)，所述第二电流传感器(36)与第二定子(18)的线圈绕组(22)连接；所述第一旋转变压器(28)和第二旋转变压器(35)分别与电机轴(10)的两端固定连接，所述第一数字信号处理器(23)和第二数字信号处理器(30)连接；其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、控制计算机(37)分别向第一数字信号处理器(23)和第二数字信号处理器(30)发送电机转速ω* r；
步骤二、第一数字信号处理器(23)根据其接收到的电机转速ω* r，输出对应于给第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路(24)；同时，第二数字信号处理器(30)根据其接收到的电机转速ω* r，输出对应于给第二定子(18)的线圈绕组(22)的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路(31)；
步骤三、第一IGBT驱动电路(24)对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路(25)，第一IGBT全桥逆变电路(25)根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子(16)的线圈绕组(22)，在第一定子(16)的线圈绕组(22)中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第一端部转子(15)旋转；同时，第二IGBT驱动电路(31)对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路(32)，第二IGBT全桥逆变电路(32)根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子(18)的线圈绕组(22)，在第二定子(18)的线圈绕组(22)中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第二端部转子(19)旋转；
所述第一端部转子(15)和第二端部转子(19)旋转，即实现了所述永磁同步电机的运行，所述永磁同步电机运行过程中，第一电流传感器(29)对所述第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流进行实时检测，并将检测到的信号输出给第一绕组电流检测电路(27)，第一绕组电流检测电路(27)将第一电流传感器(29)输出的信号进行放大与平移后输出给第一数字信号处理器(23)；同时，第二电流传感器(36)对所述第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流进行实时检测，并将检测到的信号输出给第二绕组电流检测电路(34)，第二绕组电流检测电路(34)将第二电流传感器(36)输出的信号进行放大与平移后输出给第二数字信号处理器(30)；
步骤四、第一数字信号处理器(23)先对其接收到的三相绕组电流进行Clark变换，将三相绕组电流变换为两相静止电流；再对两相静止电流进行Park变换，将两相静止电流变为交轴电流Iq1和直轴电流Id1；同时，第二数字信号处理器(30)先对其接收到的三相绕组电流进行Clark变换，将三相绕组电流变换为两相静止电流；再对两相静止电流进行Park变换，将两相静止电流变为交轴电流Iq2和直轴电流Id2；
步骤五、第一旋变解算电路(26)向第一旋转变压器(28)输出正弦激励信号，激励第一旋转变压器(28)产生与所述永磁同步电机中的第一端部转子(15)的位置相对应的两路正交电压信号，第一旋变解算电路(26)接收到第一旋转变压器(28)产生的两路正交电压信号后，输出当前第一端部转子(15)的转速ωr1给第一数字信号处理器(23)；同时，第二旋变解算电路(33)向第二旋转变压器(35)输出正弦激励信号，激励第二旋转变压器(35)产生与所述永磁同步电机中的第二端部转子(19)的位置相对应的两路正交电压信号，第二旋变解算电路(33)接收到第二旋转变压器(35)产生的两路正交电压信号后，输出当前第二端部转子(19)的转速ωr2给第二数字信号处理器(30)；
步骤六、第一数字信号处理器(23)对其接收到的电机转速ω* r和当前第一端部转子(15)的转速ωr1作差，并对得到的转速差值进行PID控制，产生对第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流控制信号同时，第二数字信号处理器(30)对其接收到的电机转速ω* r和当前第二端部转子(19)的转速ωr2作差，并对得到的转速差值进行PID控制，产生对第二定子(18)的线圈绕组(22)的电流控制信号
步骤七、第一数字信号处理器(23)将对第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流控制信号与交轴电流Iq1作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vq1；同时，第二数字信号处理器(30)将对第二定子(18)的线圈绕组(22)的电流控制信号与交轴电流Iq2作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vq2；
步骤八、采用磁场定向令Id＝0，第一数字信号处理器(23)将交轴电流Iq1与Id作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vd1；第二数字信号处理器(30)将交轴电流Iq2与Id作差，并对差值进行电流内环的PI控制，产生电压Vd2；
步骤九、第一数字信号处理器(23)根据电压Vq1和电压Vd1，并根据矢量控制SVPWM控制算法，输出对应于给第一定子(16)的线圈绕组(22)的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第一IGBT驱动电路(24)；同时，第二数字信号处理器(30)根据电压Vq2和电压Vd2，并根据矢量控制SVPWM控制算法，输出对应于给第二定子(18)的线圈绕组(22)的电流控制信号的PWM信号，并将PWM信号输出给第二IGBT驱动电路(31)；
步骤十、第一IGBT驱动电路(24)对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第一IGBT全桥逆变电路(25)，第一IGBT全桥逆变电路(25)根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第一定子(16)的线圈绕组(22)，在第一定子(16)的线圈绕组(22)中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第一端部转子(15)旋转；同时，第二IGBT驱动电路(31)对其接收到的PWM信号进行放大后输出给第二IGBT全桥逆变电路(32)，第二IGBT全桥逆变电路(32)根据PWM信号将外部直流电源输出给其的直流电逆变成频率和幅值可调的交流电后，输出给第二定子(18)的线圈绕组(22)，在第二定子(18)的线圈绕组(22)中形成旋转磁场，形成的旋转磁场再带动第二端部转子(19)旋转；直到控制计算机(37)分别向第一数字信号处理器(23)和第二数字信号处理器(30)发送电机停止转动的控制信号后，第一数字信号处理器(23)停止输出PWM信号，第二数字信号处理器(30)停止输出PWM信号，所述第一端部转子(15)和第二端部转子(19)停止旋转，所述永磁同步电机停止运行。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤四之前，所述第一数字信号处理器(23)还将其接收到的三相绕组电流与预先设定的短路保护电流相比对，当其接收到的三相绕组电流大于预先设定的短路保护电流时，所述第一数字信号处理器(23)停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第二数字信号处理器(30)，所述第二数字信号处理器(30)停止输出PWM信号，所述第一端部转子(15)和第二端部转子(19)停止旋转，所述永磁同步电机停止运行；同时，所述第二数字信号处理器(30)还将其接收到的三相绕组电流与预先设定的短路保护电流相比对，当其接收到的三相绕组电流大于预先设定的短路保护电流时，所述第二数字信号处理器(30)停止输出PWM信号，并输出电机停止转动的控制信号给第一数字信号处理器(23)，所述第一数字信号处理器(23)停止输出PWM信号，所述第一端部转子(15)和第二端部转子(19)停止旋转，所述永磁同步电机停止运行。
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2008117631A1 (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | 永久磁石式発電機とそれを用いた風力発電機 |
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2016
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