CN111566914B - 用于控制同步双定子电机的方法 - Google Patents

用于控制同步双定子电机的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111566914B
CN111566914B CN201880085134.4A CN201880085134A CN111566914B CN 111566914 B CN111566914 B CN 111566914B CN 201880085134 A CN201880085134 A CN 201880085134A CN 111566914 B CN111566914 B CN 111566914B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
offset
rotor
poles
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880085134.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111566914A (zh
Inventor
阿伦·胥奇
尤哈尼·曼特雷
雅伊尔·伊斯兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of CN111566914A publication Critical patent/CN111566914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111566914B publication Critical patent/CN111566914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12—Transversal flux machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

一种用于控制同步双定子电机的方法。第一定子(200)与公共转子(100)上的第一组磁极(150)形成第一电机(510)。第二定子(300)与转子(100)上的第二组磁极(160)形成第二电机(520)。第一电机和第二电机机械上偏移预定角度(γ)。使用相应的频率转换器对至少机械偏移的电机的控制产生电偏移，以便至少部分地补偿机械偏移的电机中的机械偏移。

Description

用于控制同步双定子电机的方法
技术领域
本发明涉及用于控制同步双定子电机的方法。
背景技术
同步双定子电机可以由至少一个双定子单元形成，该双定子单元包括转子以及连接至转子的两个定子。转子可以包括设置有第一组磁极的第一侧以及设置有第二组磁极的相反的第二侧。第一定子可以面向转子的第一侧定位。第二定子可以面向转子的第二侧定位。第一定子可以连接至由第一控制器控制的第一频率转换器。第二定子可以连接至由第二控制器控制的第二频率转换器。因此，每个定子可以被单独控制。转子和第一定子可以形成第一电机，以及转子和第二定子可以形成第二电机。
电机的齿槽转矩是由于转子的永磁体和电机的定子槽之间的相互作用而产生的转矩。齿槽转矩也被称为定位或“无电流”转矩。齿槽转矩取决于位置并且其每转的周期取决于磁极的数目以及定子上的齿的数目。齿槽转矩对于电机的操作来说是不期望的分量。齿槽转矩在较低的速度时尤为突出，具有抖动的症状。齿槽转矩导致转矩波动和速度波动。存在消除齿槽转矩的现有技术解决方案。一个解决方案是在同步双定子电机中使第一定子和第二定子相对于彼此机械上偏移预定角度。在第一定子和第二定子具有相等数目的槽的情况下，第一定子和第二定子之间的偏移可以是半槽距。在这样的情况下，由于第一定子和第二定子之间的半槽距的偏移，第一电机的齿槽转矩和第二电机的齿槽转矩将处于相反的相位。因此可以减小同步双定子电机的齿槽转矩。该偏移的副作用是也减小了同步双定子电机的功率和/或转矩。
在同步发电机中，定子磁场滞后于转子磁场，而在同步电动机中，转子磁场滞后于定子磁场。这种以角度表示的滞后被称为负载角。术语“负载角”在本申请中用于电机即同步电动机和同步发电机中的转子磁通和定子磁通之间的角度。
发明内容
本发明的目的是实现用于控制同步双定子电机的改进的方法。
在独立权利要求中定义了根据本发明的用于控制同步双定子电机的方法。
第一电机相对于第二电机的机械偏移将减小齿槽转矩，这是所期望的特征。然而，机械偏移的副作用是，由于同步双定子电机中的磁化的损失，也减小了同步双定子电机的功率和/或转矩。
当我们向同步双定子电机加载时，齿槽转矩将会改变。从转子到定子或从定子到转子的磁通量将增加，并且磁通量也将根据负载而弯曲。在同步电动机中，磁通量将朝向转子的旋转方向弯曲，而在同步发电机中，磁通量将逆着转子的旋转方向弯曲。齿槽转矩的幅度也将由于同步双定子电机的负载而改变，因此较大的负载导致齿槽转矩的较大幅度。同步双定子电机的转矩的波形在加载情况下也将更加失真。
由于两个电机之间的预定角度的机械偏移，同样在加载情况下齿槽转矩仍将至少部分地被抵消。加载情况下的问题是，由于两个电机之间的具有预定角度的机械偏移，同步双定子电机的性能降低(减小的功率和/或减小的转矩)。在第一电机和第二电机由于磁化损失而直接串联的情况下，第一电机和第二电机之间的具有预定角度的机械偏移将导致性能的显著降低。
本发明提供了机械偏移的同步双定子电机中的这种磁化损失的解决方法。解决方法是使用相应的频率转换器产生对至少机械偏移的电机的控制的电偏移，以便至少部分地补偿机械偏移的电机中的机械偏移。
可以通过使相应定子的磁通量沿与机械偏移的方向相反的方向旋转来产生电偏移。
还可以通过使相应定子的磁通量旋转回至其在无偏移拓扑中所具有的位置来产生电偏移。
还可以通过使两个电机电偏移使得在偏移拓扑中恢复无偏移拓扑中的相应负载角的值来产生电偏移。
还可以通过重新平衡两个电机之间的功率和/或转矩使得两个电机的转矩谐波的总和保持在预定值以下使两个电机电偏移来产生电偏移。
还可以通过重新平衡两个电机之间的功率和/或转矩使得两个电机中的转矩谐波的幅度基本上相等使两个电机电偏移来产生电偏移。
负载角可以根据同步双定子电机的不同特征值来计算。因此，可以在同步双定子电机的无机械偏移拓扑中根据同步双定子电机在同步双定子电机的整个操作范围内的不同特征值来预先计算新的同步双定子电机的负载角。无机械偏移的同步双定子电机的负载角的这些计算值然后可以用作偏移拓扑中的同步双定子电机的控制中的设定值。另一种可能性将是在无机械偏移拓扑中运行新的同步双定子电机的测试，以便在同步双定子电机的整个操作范围内确定无偏移的同步双定子电机的负载角值。
本发明的出发点是在两个电机中的一个电机中的转子和定子之间设置有机械偏移的双定子电机。本发明向双定子电机中的两个电机中的至少一个电机中的机械偏移添加电偏移。电机中的电偏移可以通过使电机的磁通量偏移来实现。电机中的磁通量的电偏移可以至少部分地补偿电机的机械偏移导致的磁化损失。
附图说明
下面将参照附图借助于优选的实施方式来更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了径向流同步双定子电机的截面，
图2示出了轴向流同步双定子电机的截面，
图3示出了同步双定子电机的控制系统，
图4示出了转子的内表面上的永磁体和外表面上的永磁体偏移预定角度的情况，
图5示出了定子之间没有偏移的同步双定子电机中的磁通量，
图6示出了定子之间存在预定角度的同步双定子电机中的磁通量，
图7示出了定子之间存在预定角度并且定子磁通被重新定位的同步双定子电机中的磁通量，
图8示出了用于控制同步双定子电机的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了径向流同步双定子电机的截面。
同步双定子电机500包括转子100、第一定子200和第二定子300。
转子100支承在旋转轴10上，该旋转轴10由固定框架40中的轴承20、30支承。轴10的中心形成轴线X-X。转子100与轴10一起旋转。转子100可以具有杯形。转子100可以包括径向延伸的盘形的第一部分110以及在第一部分110的外周边处从第一部分110的侧表面沿轴向X-X延伸的圆柱形的第二部分120。转子100的第二部分120可以与轴线X-X同心。第一部分110可以在盘的中心包括开口O1。轴10可以穿过开口O1，使得转子100可以变成从开口O1的边缘附接至轴10。
转子100的圆柱形的第二部分120可以在转子100的第一侧上设置有第一组永磁体150，并且在转子100的相反的第二侧上设置有第二组永磁体160。转子100的第一侧可以由圆柱体120的内表面形成，并且转子100的第二侧可以由圆柱体120的外表面形成。第一组永磁体150可以沿着圆柱体120的内表面的周边均等地分布。第二组永磁体150也可以沿着圆柱体120的外表面的周边均等地分布。
圆柱形的固定的第一定子200可以位于转子100的第二部分120的内圆周内。第一定子200可以支承在框架40上。在转子100的第二部分120的内表面上的第一组永磁体150与第一定子200的外表面之间可以形成第一气隙G1。
圆柱形的固定的第二定子300可以位于转子100的第二部分120的外圆周的外部。第二定子300可以支承在框架40上。在转子100的第二部分120的外表面上的第二组永磁体160与第二定子300的内表面之间可以形成第二气隙G2。
转子100与第一定子200之间以及转子100与第二定子300之间的磁通量ψ在图1所示的电机中被径向指向。因此，图1中的同步双定子电机是径向磁通同步双定子电机。
第一定子200与第一组永磁体150形成双定子电机500内的第一电机510。
第二定子300和第二组永磁体160形成双定子电机500内的第二电机520。
图2示出了轴向流同步双定子电机的截面。
同步双定子电机500包括转子100、第一定子200和第二定子300。
转子100支承在旋转轴10上，该旋转轴10由固定的框架40中的轴承20、30支承。轴10的中心形成轴线X-X。转子100与轴10一起旋转。转子100可以具有盘形。转子100可以在盘的中心包括开口O1。轴10可以穿过开口O1，使得转子100可以变成从开口O1的边缘附接至轴10。
转子100的第一侧可以设置有第一组永磁体150，以及转子100的相反的第二侧可以设置有第二组永磁体160。转子100的第一侧可以由转子盘的左手表面形成，以及第二侧可以由转子盘的右手表面形成。第一组永磁体150可以在转子100的第一侧上形成环。第二组永磁体160可以在转子100的第二侧上形成环。第一组永磁体150可以沿着转子100的第一侧表面的周边均等地分布。第二组永磁体150也可以沿着转子100的第二侧表面的周边均等地分布。
固定的盘形的第一定子200可以位于转子100的第一侧表面的外部。第一定子200可以支承在框架40上。在转子100的第一侧表面上的第一组永磁体150与第一定子200之间可以形成第一气隙G1。
固定的盘形的第二定子300可以位于转子100的第二侧表面的外部。第二定子300可以支承在框架40上。在转子100的第二表面上的第二组永磁体160与第二定子300之间可以形成第二气隙G2。
转子100与第一定子200之间以及转子100与第二定子300之间的磁通量ψ在图2所示的电机中被轴向指向。因此，图2中的同步双定子电机是轴向磁通同步双定子电机。
第一定子200与第一组永磁体150形成同步双定子电机500内的第一电机510。
第二定子300与第二组永磁体160形成同步双定子电机500内的第二电机520。
图3示出了同步双定子电机的控制系统。
同步双定子电机500的第一定子200可以连接至第一频率转换器250，并且该第一频率转换器可以连接至输电网400。第一频率转换器250可以包括整流器、中间电路和逆变器。第一频率转换器250可以在两个方向上操作，即电力可以从第一定子200被转换到输电网400，或者可以从输电网400被转换到第一定子200。第一频率转换器250可以由第一控制器260控制。第一控制器260可以是第一频率转换器250的一部分或者是单独的实体。第一频率转换器250控制第一电机510。
同步双定子电机500的第二定子300可以连接至第二频率转换器350，并且该第二频率转换器可以连接至输电网400。第二频率转换器350可以包括整流器、中间电路和逆变器。第二频率转换器350可以在两个方向上操作，即电力可以从第二定子300被转换到输电网400，或者可以从输电网400被转换到第二定子300。第二频率转换器350可以由第二控制器360控制。第二控制器360可以是第二频率转换器350的一部分或者是单独的实体。第二频率转换器350控制第二电机520。
因此，第一电机510和第二电机520可以由它们各自的频率控制器250、350独立地控制。
同步双定子电机500可以是三相同步双定子电机，并且输电网400可以是三相电网。
第一定子200和第一组永磁体150形成同步双定子电机500内的第一电机510。
第二定子300和第二组永磁体160形成同步双定子电机500内的第二电机520。
第一控制器260可以基于任何已知的控制方法通过第一频率转换器250控制第一电机510，并且第二控制器360可以基于任何已知的控制方法通过第二频率转换器350控制第二电机520。
控制方法可以是传统的脉宽调制(PWM)技术，在PWM技术中，频率和电压通过调制器和半导体开关被调整并提供至电机。然而，调制器的使用将在控制电路中产生延迟，由此电机对频率和电压控制的响应变慢。
另一种可能性将是使用直接转矩控制(DTC)，DTC在不使用调制器的情况下直接控制电机的转矩和磁通量。DTC基于电机的精确电模型。电机的标称值形成电机的电模型中的初始数据。DTC将在首次启动期间检查电机的电气量，并基于该电气量来调整电机的电模型。
图4示出了转子的内表面上的永磁体和外表面上的永磁体偏移预定角度的情况。
图4的同步双定子电机对应于图1所示的径向流同步双定子电机。同步双定子电机包括转子100、第一定子200以及第二定子300。转子100可以具有圆柱形的形状。第一定子200的芯与第二定子300的芯也可以具有圆柱形的形状。
转子100能够围绕轴线X-X旋转。转子100可以包括设置有第一组磁极150的第一侧以及设置有第二组磁极160的相反的第二侧。转子100可以位于第一固定定子200和第二固定定子300之间。
第一定子200可以面向转子100的第一侧，使得在第一组磁极150和第一定子200之间可以形成第一气隙G1。第一定子200可以位于转子100的内部。如图3所示，第一定子200可以连接至第一频率转换器250。
第二定子300可以面向转子100的第二侧，使得在第二组磁极160和第二定子300之间可以形成第二气隙G2。第二定子300可以位于转子100的外部。如图3所示，第二定子200可以连接至第二频率转换器350。
转子100的第一侧可以由圆柱形转子100的内表面形成。因此，第一组永磁体150可以位于转子100的内表面上。转子100的第二侧可以由圆柱形转子100的外表面形成。因此，第二组永磁体160可以位于转子100的外表面上。该图示出了第一组永磁体150中的仅一个永磁体以及第二组永磁体160中的仅一个永磁体。然而，在沿着转子100的相应表面分布的第一组永磁体150和第二组永磁体160中可以存在若干永磁体。
第一定子200和第一组永磁体150形成双定子电机500内的第一电机510。
第二定子300和第二组永磁体160形成双定子电机500内的第二电机520。
第一组永磁体150和第二组永磁体160相对于彼此机械上偏移预定角度γ。预定角度γ可以是半槽距γ。电角度中的槽距γ由等式(1)定义：
Figure BDA0002566555850000071
其中，P是同步双定子电机的相应定子中的极的数目，以及γm是同步双定子电机的相应定子中的两个相邻槽之间的如等式(2)所定义的机械角度：
Figure BDA0002566555850000072
其中，S是定子中的槽的数目。
定子绕组的轴向部分位于定子中的轴向槽中。
如图4所示，通过使转子100的内表面上的第一组永磁体150与转子100的外表面上的第二组永磁体160相对于彼此偏移预定角度γ，可以实现第一定子200和第二定子300之间的具有预定角度γ的机械偏移。另一种可能性是使第一定子200和第二定子300相对于彼此偏移预定角度γ。第一定子200和第二定子300之间的具有预定角度γ的这种偏移构成了第一定子200和第二定子300之间的机械偏移。预定角度γ可以等于半槽距γ。
第一定子200中的槽的数目与第二定子300中的槽的数目可以相等。
图5示出了定子之间没有机械偏移的同步双定子电机中的磁通量。
该图示出了转子内部磁通量Ψri1即转子100中的第一内部磁体150中的磁通量，以及转子外部磁通量Ψro1即转子100中的第二外部磁体160中的磁通量。该图还示出了定子内部磁通量Ψsi1即第一内部定子200中的磁通量，以及定子外部磁通量Ψso1即第二外部定子300中的磁通量。该图还示出了内部负载角δi1即转子内部磁通量Ψri1与定子内部磁通量Ψsi1之间的负载角，以及外部负载角δo1即转子外部磁通量Ψro1与定子外部磁通量Ψso1之间的负载角。内部负载角δi1和外部负载角δo1在图中被示为相等，以强调在没有偏移的极的无偏移拓扑中的最佳负载分担和/或负载角选择。无偏移拓扑指的是第一电机510与第二电机520之间没有机械偏移的情况。然而，在第一(内部)电机510和第二(外部)电机520中的不相等的一对初始负载角产生无偏移拓扑中的最佳性能选项的情况下，内部负载角δi1和外部负载角δo1可以不同。
图6示出了定子之间存在预定角度的同步双定子电机中的磁通量。
转子100的外表面上的第二组外部磁体160已经相对于转子100的内表面上的第一组内部磁体150机械上偏移了预定角度，而没有使第二(外部)电机520中的第二定子300的磁场偏移。第二(外部)电机520中的负载角δo2将改变。转子100的外表面上的第二组外部磁体160相对于转子100的内表面上的第一组内部磁体150偏移预定角度实际上将影响第一(内部)电机510中的负载角δi2以及第二(外部)电机520中的负载角δo2，即负载角δi2、δo2实际上都将改变。这意味着图6中所见的内部负载角δi2和外部负载角δo2将与图5中所见的内部负载角δi1和外部负载角δo1不同。这是由于第一(内部)电机510与第二(外部)电机520之间的受干扰的负载分担。在同步双定子电机500中的两个电机510、520之间的机械偏移没有被两个电机510、520之间的相应电偏移补偿的情况下，由同步双定子电机500中的两个电机510、520的机械偏移导致负载分担中的干扰。
图7示出了定子之间存在预定角度并且定子磁通量被重新定位的同步双定子电机中的磁通量。
定子200、300中的磁极150、160已经相对于彼此机械上偏移了预定角度，并且第二(外部)电机520中的第二(外部)定子300的磁场Ψso3也已经以相应的方式偏移。第二(外部)定子300的磁场Ψso3被重新定位以实现与初始情况下磁场Ψso3的性能相同的性能。这可以通过重新平衡第一(内部)电机510与第二(外部)电机520之间的功率和/或转矩来实现。
频率控制器250、350可以被配置成控制电机510、520中的每一个的负载角δi、δo，使得偏移拓扑中的负载角δi、δo被恢复到无偏移拓扑中的相应负载角δi、δo的值。
可以使用频率转换器250、350来重新平衡第一电机510与第二电机520之间的功率和/或转矩，使得在同步双定子电机500的整个操作范围内，偏移拓扑中的负载角δi、δo被恢复到无偏移拓扑中的相应负载角δi、δo的值。
第一电机510与第二电机520之间的功率和/或转矩可以被重新平衡，使得：
δi1＝δi3并且δo1＝δo3
在图5所示的其中内部负载角δi1等于外部负载角δo1的理想情况下，这将意味着：
δi1＝δi3＝δo1＝δo3
因此，第一电机510的负载角δi和第二电机520的负载角δo在偏移拓扑中与它们在同步双定子电机500的无偏移拓扑中相同。
也可以应用如下控制策略：两个电机510、520之间的功率和/或转矩被重新平衡，使得两个电机510、520的转矩谐波的总和在双定子电机500的整个操作范围内保持在预定值以下。
也可以应用如下控制策略：两个电机510、520之间的功率和/或转矩被重新平衡，使得两个电机510、520中的转矩谐波的幅度基本上相等。
无机械偏移的同步双定子电机的负载角可以在第一电机与第二电机之间的功率和/或转矩的重新平衡中用作参考值。这些参考值可以根据无机械偏移的同步双定子电机的特征值来计算。确定无偏移的同步双定子电机的负载角的另一种可能性是在同步双定子电机的操作范围内在无偏移的同步双定子电机上运行测试。
电机的功率P可以被定义成：
P＝TXω
其中，T[Nm]是电机的转矩，以及ω[半径/秒]是电机的角速度。
电机的转矩T可以被定义成：
T＝ψXl
其中Ψ[Vs]是电机的磁通量，以及I[A]是电机的电流。
因此，功率P与电机的转矩T和旋转速度ω成正比。另一方面，转矩T与电机的磁通量Ψ和电流I成正比。
图8示出了用于控制同步双定子电机的方法的流程图。
第一步是确定801各个电机510、520的负载角δ。第二步是将所确定的负载角δ与预定负载角δ进行比较802。所确定的负载角δ与预定负载角δ之间的差异803导致负载角δ的调整804。
技术人员知道如何确定同步双定子电机的负载角δ。这在例如2016年11月以国际标准书号ISBN：978-1-119-26045-5出版的Juha
Figure BDA0002566555850000101
、Valeria Hrabovcova、R.ScottSemken的书《Electrical Machine Drives Control：An Introduction》中被说明。
同步双定子电机500中的各个频率转换器250、350的控制260、360不限于任何特定的控制方法。因此，可以使用任何控制方法来控制频率转换器250、350。
限定第一定子与第二定子之间的机械偏移的预定角度可以有利地是半槽距。这在第一电机的齿槽转矩和第二电机的齿槽转矩在这种情况下处于相反相位的意义上是有利的。因此可以减小同步双定子电机的齿槽转矩。限定第一定子与第二定子之间的机械偏移的预定角度不必须是半槽距。机械偏移可以略小于或略大于半槽距。两个电机的齿槽转矩将仍然处于几乎相反的相位。机械偏移可以在0.9倍半槽距至1.1倍半槽距的范围内。
本发明的使用不限于图中所示的同步双定子电机。本发明可以用于满足权利要求的要求的任何电机。图中所示的同步双定子电机由一个双定子单元形成。同步双定子电机可以包括若干双定子单元，由此可以根据本发明的方法来控制每个双定子单元。
本发明可以用于径向磁通电机和轴向磁通电机。图1示出了径向磁通电机的一个示例，以及图2示出了轴向磁通电机的一个示例。
同步双定子电机可以是同步发电机或同步电动机。
本文描述的技术可以通过各种装置来实现，使得实现使用实施方式描述的一个或更多个功能的设备不仅包括现有技术装置，而且还包括用于实现使用实施方式描述的一个或更多个功能的特定装置，并且该设备可以包括用于每个单独功能的单独装置，或者特定装置可以被配置成执行两个或更多个功能。特定装置可以是软件和/或软件-硬件和/或硬件和/或固件部件(不可擦除地记录在诸如只读存储器的介质上或体现在硬连线计算机电路中)或其组合。软件代码可以存储在任何合适的处理器/计算机可读数据存储介质或存储器单元或制品中并且由一个或更多个处理器/计算机、硬件(一个或更多个设备)、固件(一个或更多个设备)、软件(一个或更多个模块)或其组合来执行。对于固件或软件，可以通过执行本文描述的功能的模块(例如，过程、功能等)来实现。
对于本领域技术人员将明显的是，随着技术进步，本发明的概念可以以各种方式来实现。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (9)

1.一种用于控制由至少一个双定子单元形成的同步双定子电机(500)的方法，所述双定子单元包括：
能够围绕轴线(X-X)旋转的转子(100)，所述转子(100)包括第一组磁极(150)和第二组磁极(160)，
面向所述第一组磁极(150)的第一定子(200)，由此所述第一组磁极(150)与所述第一定子(200)形成所述双定子电机(500)内的第一电机(510)，所述第一电机(510)由第一频率转换器(250)控制，在所述第一定子(200)的磁通量(Ψsi)与所述第一组磁极(150)的磁通量(Ψri)之间形成第一负载角(δi)，
面向所述第二组磁极(160)的第二定子(300)，由此所述第二组磁极(160)与所述第二定子(300)形成所述双定子电机(500)内的第二电机(520)，所述第二电机(520)由第二频率转换器(350)控制，在所述第二定子(300)的磁通量(Ψso)与所述第二组磁极(160)的磁通量(Ψro)之间形成第二负载角(δo)，由此
所述第一定子(200)与所述第二定子(300)具有相等数目的槽，
两个电机(510，520)中的一个包括所述转子(100)和定子(200，300)之间的具有预定角度(γ)的机械偏移，所述机械偏移使得所述同步双定子电机(500)与其中所述转子(100)和两个定子(200，300)对齐的无偏移拓扑相比以偏移拓扑进行操作，
所述方法包括：
使用相应的频率转换器(250，350)产生对至少机械偏移的电机(510，520)的控制的电偏移，以便至少部分地补偿所述机械偏移的电机(510，520)中的机械偏移，所述电偏移通过以下操作来产生：
使相应定子(200，300)的磁通量(Ψsi，Ψso)沿与所述机械偏移的方向相反的方向旋转；或者
使相应定子(200，300)的磁通量(Ψsi，Ψso)旋转回至其在所述无偏移拓扑中所具有的位置；或者
使所述偏移拓扑中的负载角(δi，δo)的值恢复到所述无偏移拓扑中的负载角(δi，δo)的值；或者
重新平衡两个电机(510，520)之间的功率和/或转矩使得所述两个电机(510，520)的转矩谐波的总和保持在预定值以下；或者
重新平衡两个电机(510，520)之间的功率和/或转矩使得所述两个电机(510，520)中的转矩谐波的幅度相等。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使所述两个定子(200，300)相对于彼此机械上偏移所述预定角度(γ)来产生所述机械偏移。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使所述转子(100)上的所述第一组磁极(150)和所述第二组磁极(160)相对于彼此机械上偏移所述预定角度(γ)来产生所述机械偏移。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预定角度(γ)在0.9倍半槽距(γ)至1.1倍半槽距(γ)的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预定角度(γ)是半槽距(γ)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述同步双定子电机(500)是径向磁通电机。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述同步双定子电机(500)是轴向磁通电机。
8.一种由至少一个双定子单元形成的同步双定子电机(500)，所述双定子单元包括：
能够围绕轴线(X-X)旋转的转子(100)，所述转子(100)包括第一组磁极(150)和第二组磁极(160)，
面向所述第一组磁极(150)的第一定子(200)，由此所述第一组磁极(150)与所述第一定子(200)形成所述双定子电机(500)内的第一电机(510)，所述第一电机(510)由第一频率转换器(250)控制，在所述第一定子(200)的磁通量(Ψsi)与所述第一组磁极(150)的磁通量(Ψri)之间形成第一负载角(δi)，
面向所述第二组磁极(160)的第二定子(300)，由此所述第二组磁极(160)与所述第二定子(300)形成所述双定子电机(500)内的第二电机(520)，所述第二电机(520)由第二频率转换器(350)控制，在所述第二定子(300)的磁通量(Ψso)与所述第二组磁极(160)的磁通量(Ψro)之间形成第二负载角(δo)，由此
所述第一定子(200)与所述第二定子(300)具有相等数目的槽，
两个电机(510，520)中的一个包括所述转子(100)和定子(200，300)之间的具有预定角度(γ)的机械偏移，所述机械偏移使得所述同步双定子电机(500)与其中所述转子(100)和两个定子(200，300)对齐的无偏移拓扑相比以偏移拓扑进行操作，
控制机械偏移的电机(510，520)的至少频率转换器(250，350)被配置成产生对所述机械偏移的电机(510，520)的电偏移，以便至少部分地补偿所述机械偏移的电机(510，520)中的机械偏移，所述电偏移通过以下操作来产生：
使相应定子(200，300)的磁通量(Ψsi，Ψso)沿与所述机械偏移的方向相反的方向旋转；或者
使相应定子(200，300)的磁通量(Ψsi，Ψso)旋转回至其在所述无偏移拓扑中所具有的位置；或者
使所述偏移拓扑中的负载角(δi，δo)的值恢复到所述无偏移拓扑中的负载角(δi，δo)的值；或者
重新平衡两个电机(510，520)之间的功率和/或转矩使得所述两个电机(510，520)的转矩谐波的总和保持在预定值以下；或者
重新平衡两个电机(510，520)之间的功率和/或转矩使得所述两个电机(510，520)中的转矩谐波的幅度相等。
9.一种包括程序指令的计算机程序产品，所述程序指令当在计算机上运行时使所述计算机执行根据权利要求1至7中任一项所要求保护的方法。
CN201880085134.4A 2018-01-16 2018-01-16 用于控制同步双定子电机的方法 Active CN111566914B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/050987 WO2019141346A1 (en) 2018-01-16 2018-01-16 A method for controlling a synchronous double stator electric machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111566914A CN111566914A (zh) 2020-08-21
CN111566914B true CN111566914B (zh) 2022-07-19

Family

ID=61258181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880085134.4A Active CN111566914B (zh) 2018-01-16 2018-01-16 用于控制同步双定子电机的方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11594944B2 (zh)
EP (1) EP3741034B1 (zh)
KR (1) KR102449033B1 (zh)
CN (1) CN111566914B (zh)
DK (1) DK3741034T3 (zh)
ES (1) ES2926185T3 (zh)
WO (1) WO2019141346A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346702B (zh) * 2021-06-23 2023-04-07 浙江盘毂动力科技有限公司 一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法
CN117060607B (zh) * 2023-09-01 2024-05-24 鲁东大学 一种波浪发电用变速永磁直线发电机

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4281276A (en) * 1979-04-24 1981-07-28 General Electric Company Dual mode AC motor drive system
US4379325A (en) * 1980-08-01 1983-04-05 Siemens Aktiengesellschaft System for bridging brief network failures
EP0119374A1 (fr) * 1983-03-18 1984-09-26 ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) Société Anonyme Procédé pour le contrôle de la marche d'une machine électrique et dispositif appliquant ce procédé
DE19917689A1 (de) * 1999-04-19 2000-10-26 Stegmann Max Antriebstech Elektromotor
CN1361578A (zh) * 2000-12-27 2002-07-31 三菱电机株式会社 旋转电机及使用该旋转电机的滑轮驱动装置
JP2002369467A (ja) * 2001-06-01 2002-12-20 Mitsubishi Electric Corp 回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置
CN1549432A (zh) * 2002-10-14 2004-11-24 迪尔公司 轴向气隙无刷直流电机
CN1820403A (zh) * 2004-05-18 2006-08-16 精工爱普生株式会社 电动机
DE102007028635A1 (de) * 2006-06-21 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp. Regel-/Steuervorrichtung für eine AC-Rotationsmaschine
CN101847918A (zh) * 2009-03-24 2010-09-29 通用汽车环球科技运作公司 用于智能致动器的优化电动机器
CN101877569A (zh) * 2009-04-28 2010-11-03 株式会社日立制作所 电动机驱动系统、电动机控制装置以及电动机的驱动方法
CN102223137A (zh) * 2010-04-15 2011-10-19 Abb公司 与电驱动系统有关的方法和装置
CN103066783A (zh) * 2011-10-21 2013-04-24 株式会社电装 双定子电机
EP2667494A1 (en) * 2012-11-02 2013-11-27 ABB Technology Ltd Electrical reluctance machine with two stators
DE102013112456A1 (de) * 2012-11-14 2014-05-15 Johnson Electric S.A. Transversalflusselektromotor
CN104811002A (zh) * 2015-04-27 2015-07-29 华侨大学 一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机
CN106374706A (zh) * 2016-10-31 2017-02-01 广东威灵电机制造有限公司 电机

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7723888B2 (en) * 2004-05-25 2010-05-25 Marko Petek Synchronous electromechanical transformer
DE102006027819A1 (de) * 2006-06-16 2007-12-20 Siemens Ag Ringspulenmotor
US10312782B2 (en) * 2010-06-25 2019-06-04 The Board Of Regents, The University Of Texas System Double stator permanent magnet machine
KR101173107B1 (ko) * 2010-11-25 2012-08-14 소진대 발전기
US9479036B2 (en) * 2011-08-31 2016-10-25 Akribis Systems Pte Ltd High torque, low inertia direct drive motor
KR101437043B1 (ko) * 2013-01-14 2014-09-04 경남대학교 산학협력단 영구자석의 위치를 이동시킨 이중 고정자 구조의 전기기기
KR101464601B1 (ko) * 2013-01-14 2014-12-04 경남대학교 산학협력단 영구자석의 위치를 이동시킨 이중 고정자 구조의 전기기기
FR3004871B1 (fr) * 2013-04-19 2017-01-13 Valeo Systemes De Controle Moteur Procede d'alimentation electrique d'un moteur electrique, programme d'ordinateur associe, dispositif de commande d'un onduleur et machine tournante electrique
US9438159B2 (en) * 2014-06-26 2016-09-06 Nidec Motor Corporation System and method for detecting and controlling a motor
JP6241668B2 (ja) * 2014-07-22 2017-12-06 株式会社デンソー ダブルステータ型回転電機
CN104967226A (zh) * 2015-07-28 2015-10-07 梁洪炘 一种定子磁芯及其制造工艺和包含该定子磁芯的无刷电机
EP3540924B1 (en) * 2018-03-12 2023-10-18 ABB Schweiz AG Control and drive of a rotating machine with an inner and an outer stator
EP3681031B1 (en) * 2019-01-11 2021-10-13 ABB Schweiz AG Double-stator pm machine with 3rd order current harmonic injection

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4281276A (en) * 1979-04-24 1981-07-28 General Electric Company Dual mode AC motor drive system
US4379325A (en) * 1980-08-01 1983-04-05 Siemens Aktiengesellschaft System for bridging brief network failures
EP0119374A1 (fr) * 1983-03-18 1984-09-26 ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) Société Anonyme Procédé pour le contrôle de la marche d'une machine électrique et dispositif appliquant ce procédé
DE19917689A1 (de) * 1999-04-19 2000-10-26 Stegmann Max Antriebstech Elektromotor
CN1361578A (zh) * 2000-12-27 2002-07-31 三菱电机株式会社 旋转电机及使用该旋转电机的滑轮驱动装置
JP2002369467A (ja) * 2001-06-01 2002-12-20 Mitsubishi Electric Corp 回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置
CN1549432A (zh) * 2002-10-14 2004-11-24 迪尔公司 轴向气隙无刷直流电机
CN1820403A (zh) * 2004-05-18 2006-08-16 精工爱普生株式会社 电动机
DE102007028635A1 (de) * 2006-06-21 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp. Regel-/Steuervorrichtung für eine AC-Rotationsmaschine
CN101847918A (zh) * 2009-03-24 2010-09-29 通用汽车环球科技运作公司 用于智能致动器的优化电动机器
CN101877569A (zh) * 2009-04-28 2010-11-03 株式会社日立制作所 电动机驱动系统、电动机控制装置以及电动机的驱动方法
CN102223137A (zh) * 2010-04-15 2011-10-19 Abb公司 与电驱动系统有关的方法和装置
CN103066783A (zh) * 2011-10-21 2013-04-24 株式会社电装 双定子电机
EP2667494A1 (en) * 2012-11-02 2013-11-27 ABB Technology Ltd Electrical reluctance machine with two stators
DE102013112456A1 (de) * 2012-11-14 2014-05-15 Johnson Electric S.A. Transversalflusselektromotor
CN104811002A (zh) * 2015-04-27 2015-07-29 华侨大学 一种新型结构的高功率密度永磁无刷双馈电动机
CN106374706A (zh) * 2016-10-31 2017-02-01 广东威灵电机制造有限公司 电机

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200104396A (ko) 2020-09-03
EP3741034B1 (en) 2022-07-27
ES2926185T3 (es) 2022-10-24
US11594944B2 (en) 2023-02-28
CN111566914A (zh) 2020-08-21
WO2019141346A1 (en) 2019-07-25
KR102449033B1 (ko) 2022-09-29
EP3741034A1 (en) 2020-11-25
DK3741034T3 (da) 2022-09-12
US20200350809A1 (en) 2020-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5718668B2 (ja) 回転電機駆動システム
EP1659681B1 (en) Single-phase induction motor and method for reducing noise in the same
JP2001157487A (ja) 回転電機の制御装置
US7876063B2 (en) Axial gap type motor/generator
JP6693319B2 (ja) 回転電機の制御装置
CN111566925B (zh) 控制多通道多相电机的方法
US20160094176A1 (en) Drive System
CN111566914B (zh) 用于控制同步双定子电机的方法
GB2503040A (en) Variable torque angle for electric motor
Nguyen et al. Design of a 12-slot 7-pole wound-field flux switching motor for traction applications
JPH08331885A (ja) 同期モータ制御装置および制御方法
CN106533302A (zh) 基于马达绕组的反电动势电压控制马达的马达控制装置
US10972034B2 (en) Compensation of detent torques of synchronous motors
JP2017093152A (ja) モータ制御装置
JP3586593B2 (ja) モータ制御装置
EP3931960B1 (en) Controlling a wind turbine converter
JP3137560B2 (ja) 同期モータ制御装置
JPS61247299A (ja) 可変速発電システムの運転制御方式
JPH07250458A (ja) リラクタンス型電動機
WO2023218676A1 (ja) 回転電機の制御装置および回転電機の制御方法
JP7431346B2 (ja) モータ制御装置、機電一体ユニット、ハイブリッドシステム、および電動パワーステアリングシステム
JPH01248987A (ja) ブラシレス直流モーターの駆動方法
CN112292810A (zh) 马达控制装置
JP2861202B2 (ja) 電動機の制御方法
JP2762523B2 (ja) 内部磁石型交流電動機の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant