CN109525150A - 一种无轴承永磁同步电机系统 - Google Patents

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陶大军
许传
许传一
戈宝军
王必成
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开一种无轴承永磁同步电机系统，通过采集距离传感器的数据，利用控制板计算转子的偏心量，进而计算永磁同步电机所需要的悬浮电流的幅值和相位，以及转矩电流的幅值和相位，并根据绕组形式将每相所需的转矩电流和悬浮电流合成一个电流，因此整套系统仅需要一套驱动板，使得整套系统的成本、结构复杂度和控制复杂度降低，由于使用了合成电流替代转矩电流和悬浮电流，因此无需改变永磁同步电机的绕组形式，与无需加入额外的绕组，这使得整套系统结构简单、通用性强。

Description

一种无轴承永磁同步电机系统
技术领域
本发明涉及同步电机领域，特别是涉及一种无轴承永磁同步电机系统。
背景技术
随着经济和科技发展，在现代工业生产中，高速电机的应用范围越来越广，各领域对高速电机的性能提出了越来越高的要求。
要实现电机的高速、超高速运行，首先要解决高速运行时电机转轴的支持问题。由于机械轴承在高速运转时发热严重，不仅降低了电机的工作效率，而且缩短了轴承的使用寿命，增加了轴承及电机的维修费用；另外普通机械轴承需要润滑及维护等，从而导致普通机械轴承无法满足高速及超高速电机的运行要求。
而后出现的电磁轴承，在一定程度上解决了高速及超高速永磁同步电机的轴承问题。但其仍有以下几个方面的不足和缺点：
(1)转矩磁路与悬浮磁路分离，导致电磁轴承体积大、成本高；
(2)使用了电磁轴承的高速电机轴向长度较大，使得永磁同步电机的功率和临界转速都难以大幅度提高；
(3)磁悬浮能耗较大，控制装置复杂。
近些年来，学界又提出了一种将悬浮磁路与转矩磁路合二为一的无轴承永磁同步电机。这种电机将悬浮绕组叠加在转矩绕组(即定子绕组)上，通过分别控制两套绕组，实现电机的无轴承运行。
但是这种无轴承永磁同步电机依然有以下几个方面的不足：电机内部采用两套绕组，需要两套三相逆变器控制，控制系统复杂、可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种无轴承永磁同步电机，达到控制系统简单、可靠性高的技术效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种无轴承永磁同步电机系统，所述系统包括永磁同步电机、距离传感器、控制板和驱动板，两个所述距离传感器设置于所述永磁同步电机的端盖上，用于获取所述永磁同步电机转子的偏心量，并将所述偏心量传输至所述控制板，所述控制板计算所述驱动板输出电流的幅值和相位，所述驱动板输出用于控制所述永磁同步电机的转动电流或悬浮电流，用于控制所述永磁同步电机转动或者悬浮。
可选的，所述输出电流的幅值包括所述永磁同步电机转矩电流的幅值和所述永磁同步电机悬浮电流的幅值，所述输出电流的相位包括所述永磁同步电机转矩电流的相位和所述永磁同步电机悬浮电流的相位。
可选的，所述系统还包括保护盒，所述控制板和所述驱动板设置于所述保护盒内部，用于保护所述控制板和所述驱动板。
可选的，两个所述距离传感器之间的角度在45度和135度之间。
可选的，所述控制板为基于DSP芯片的控制板。
可选的，所述控制板获取两个所述距离传感器的数据，计算所述永磁同步电机转子的偏心量，进而计算所述悬浮电流的幅值和相位和所述转矩电流的幅值和相位。
可选的，根据所述悬浮电流的幅值和相位和所述转矩电流的幅值和相位，计算所述永磁同步电机的所述悬浮电流和所述转矩电流的合成电流，以及所述永磁同步电机的相电流。
可选的，所述驱动板包括三相整流电路和三相逆变电路，所述三相整流电路用于将三相电流整流为直流电流，所述三相逆变电路的IGBT通过接收所述驱动板的所述相电流信号，将所述直流电流逆变为三相电流。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过采集距离传感器的数据，利用控制板计算转子的偏心量，进而计算永磁同步电机所需要的悬浮电流的幅值和相位，以及转矩电流的幅值和相位，并根据绕组形式将每相所需的转矩电流和悬浮电流合成一个电流，因此整套系统仅需要一套驱动板，这使得整套系统的成本、结构复杂度和控制复杂度降低；由于使用了合成电流替代转矩电流和悬浮电流，因此无需改变永磁同步电机的绕组形式，与无需加入额外的绕组，这使得整套系统结构简单、通用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的无轴承永磁同步电机系统的连接图；
图2为本发明实施例提供的无轴承永磁同步电机侧视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种无轴承永磁同步电机系统，实现系统结构简单、通用性强的技术效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1，无轴承永磁同步电机系统包括永磁同步电机1、距离传感器2、控制板8和驱动板7，两个距离传感器2设置于永磁同步电机1的端盖上，用于获取永磁同步电机1转子的偏心量，并将偏心量传输至控制板8，控制板8计算驱动板7输出电流的幅值和相位，驱动板7输出用于控制永磁同步电机1的转动电流或悬浮电流，用于控制永磁同步电机1转动或者悬浮。
输出电流的幅值包括永磁同步电机转矩电流的幅值和永磁同步电机悬浮电流的幅值，输出电流的相位包括永磁同步电机转矩电流的相位和永磁同步电机悬浮电流的相位。
如图2所示，系统还包括保护盒3，控制板7和驱动板8设置于保护盒内部，用于保护控制板和驱动板，以达到防尘放水的效果，延长永磁同步电机1的使用寿命。
两个距离传感器2之间的角度在45度和135度之间，使加工工艺简单，易于实现，并且能够避免两个距离传感器之间的角度在180度附近时，偏心量误差较大的问题。
控制板8为基于DSP芯片的控制板，控制板8获取两个距离传感器2的数据，计算永磁同步电机1转子的偏心量，进而计算悬浮电流的幅值和相位和转矩电流的幅值和相位。
根据悬浮电流的幅值和相位和转矩电流的幅值和相位，计算永磁同步电机1的悬浮电流和转矩电流的合成电流，以及永磁同步电机1的相电流。
驱动板7包括三相整流电路5和三相逆变电路6，三相整流电路5用于将三相电源4的三相电流整流为直流电流，三相逆变电路6的IGBT通过接收驱动板的相电流信号，将直流电流逆变为三相电流。
通过采集距离传感器的数据，利用控制板计算转子的偏心量，进而计算永磁同步电机所需要的悬浮电流的幅值和相位，以及转矩电流的幅值和相位，并根据绕组形式将每相所需的转矩电流和悬浮电流合成一个电流，因此整套系统仅需要一套驱动板，这使得整套系统的成本、结构复杂度和控制复杂度降低；由于使用了合成电流替代转矩电流和悬浮电流，因此无需改变永磁同步电机的绕组形式，与无需加入额外的绕组，这使得整套系统结构简单、通用性强。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，所述系统包括永磁同步电机、距离传感器、控制板和驱动板，两个所述距离传感器设置于所述永磁同步电机的端盖上，用于获取所述永磁同步电机转子的偏心量，并将所述偏心量传输至所述控制板，所述控制板计算所述驱动板输出电流的幅值和相位，所述驱动板输出用于控制所述永磁同步电机的转动电流或悬浮电流，用于控制所述永磁同步电机转动或者悬浮。
2.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，所述输出电流的幅值包括所述永磁同步电机转矩电流的幅值和所述永磁同步电机悬浮电流的幅值，所述输出电流的相位包括所述永磁同步电机转矩电流的相位和所述永磁同步电机悬浮电流的相位。
3.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，所述系统还包括保护盒，所述控制板和所述驱动板设置于所述保护盒内部，用于保护所述控制板和所述驱动板。
4.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，两个所述距离传感器之间的角度在45度和135度之间。
5.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，所述控制板为基于DSP芯片的控制板。
6.根据权利要求5所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，所述控制板获取两个所述距离传感器的数据，计算所述永磁同步电机转子的偏心量，进而计算所述悬浮电流的幅值和相位和所述转矩电流的幅值和相位。
7.根据权利要求6所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，根据所述悬浮电流的幅值和相位和所述转矩电流的幅值和相位，计算所述永磁同步电机的所述悬浮电流和所述转矩电流的合成电流，以及所述永磁同步电机的相电流。
8.根据权利要求1所述的无轴承永磁同步电机系统，其特征在于，所述驱动板包括三相整流电路和三相逆变电路，所述三相整流电路用于将三相电流整流为直流电流，所述三相逆变电路的IGBT通过接收所述驱动板的所述相电流信号，将所述直流电流逆变为三相电流。
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