CN114123927A - 一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法 - Google Patents

一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于磁悬浮轴承技术领域，尤其涉及一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法。所述磁悬浮开关磁阻电机的定子的极数为8级、转子的凸级数为6级；所述控制方法包括：将左侧定子的4对级，每对依次定义为A相、B相、C相、D相，右侧定子的4对级，每对依次定义为A1相、B1相、C1相、D1相；通过控制A相、B相、C相、D相的通电顺序和/或A1相、B1相、C1相、D1相的通电顺序，来实现磁悬浮开关磁阻电机的功率控制和双余度控制。

Description

一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法
技术领域
本发明属于磁悬浮轴承技术领域，尤其涉及一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法。
背景技术
大多数磁悬浮开关磁阻电机结构如图1所示，该结构可实现开关磁阻电机转子五自由度全悬浮，但是该结构采用两个径向磁轴承和一个轴向磁轴承支承转子，这使得系统结构复杂、体积较大、成本较高、轴向长度较长，限制了磁轴承开关磁阻电机向更高转速、更大功率方向发展。该磁轴承开关磁阻电机结构中，五自由度磁悬浮和开关磁阻电机相互独立，与普通的磁轴承同步(异步)电机没什么不同，只是在电机的位置上换成了开关磁阻电机，实现了高速大功率。
大部分磁悬浮开关磁阻电机基本是类似结构，这些类似结构进行余度控制大多是增加控制逻辑单元来实现的，增加电子软硬件模块，可靠性有所降低。至于变功率控制几乎没有。
现有技术中，如专利CN 211239475 U公开一种新型高速磁悬浮开关磁阻电机，该电机容易实现高速、独立控制，输出功率可以调节，但如何对其进行功率控制并没有相关技术公开。
发明内容
发明目的：提供一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，可以实现磁悬浮开关磁阻电机的变功率和余度控制。
技术方案：提供一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，所述磁悬浮开关磁阻电机的定子的极数为8级、转子的凸级数为6级；所述控制方法包括：
将左侧定子的4对级，每对依次定义为A相、B相、C相、D相，右侧定子的4对级，每对依次定义为A1相、B1相、C1相、D1相；
通过控制A相、B相、C相、D相的通电顺序和/或A1相、B1相、C1相、D1相的通电顺序，来实现磁悬浮开关磁阻电机的功率控制和双余度控制。
进一步地，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电，其中全功率控制方法为：
单个循环周期的通电顺序依次为，A相、C1相通电，B相、D1相通电，C相、A1相通电，D相、B1相通电，每次通电仅两相通电；
重复上述循环周期，实现全功率控制。
进一步地，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电；电机驱动器与电机控制器连接；其中，半功率控制方法为：
单个循环周期的通电顺序依次为，A相通电、B相通电、C相通电、D相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现半功率控制。
进一步地，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电；电机驱动器与电机控制器连接；其中，半功率控制方法为：
单个循环周期的通电顺序依次为，A1相通电、B1相通电、C1相通电、D1相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现半功率控制。
进一步地，将两组定子分别与各自的电机驱动器进行电连接，通过各自的电机驱动器实现对应定子绕组的通电，其中，左侧定子绕组工作控制方法为：
左侧定子绕组通电，其单个循环周期的通电顺序依次为，A相通电、B相通电、C相通电、D相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现左侧定子绕组工作。
进一步地，将两组定子分别与各自的电机驱动器进行电连接，通过各自的电机驱动器实现对应定子绕组的通电，其中，右侧定子绕组工作控制方法为：
右侧定子绕组通电，其单个循环周期的通电顺序依次为，A1相通电、B1相通电、C1相通电、D1相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现右侧定子绕组工作。
进一步地，所述磁悬浮开关磁阻电机包括电机控制器，电机控制器分别与电机驱动器1、电机驱动器2电连接，用于检测电子驱动器、定子绕组是否发生故障；
根据电机驱动器1、电机驱动器2或左侧定子绕组、右侧定子绕组是否发生故障，来选择左侧定子绕组通电或右侧定子绕组通电，实现余度控制。
进一步地，所述磁悬浮开关磁阻电机包括转子位置传感器，用于检测转子位置，并将位置信号反馈电机控制器；电机控制器根据转子位置信号来控制各相的通断电顺序。
技术效果：通过提供一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，实现变功率控制和双余度电机控制。
附图说明
图1为传统的磁悬浮开关磁阻电机；
图2为本发明所针对的磁悬浮开关磁阻电机；
图3为本发明各定子所对应的相；左图为左侧定子绕组编号、右图为右侧定子绕组编号；
图4为本发明全功率或半功率控制图；
图5为本发明全功率或半功率电机控制图；
图6为本发明双余度指令控制图；
图7为本发明双余度电机控制图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图2所示，本实施例，所针对专利CN 211239475 U所示的磁悬浮开关磁阻电机，所述的磁悬浮开关磁阻电机定子的机械结构以推力盘中心左右对称，该两部分定子铁心绕组由磁悬浮绕组和电机定子绕组组成；双凸级的转子硅钢叠片左右安装在推力盘的两边，并错开一定角度，其中定子线圈绕组级数与转子双凸级级数之间的关系满足开关磁阻电机的级数原理要求。
本实施例，针对上述高速磁悬浮开关磁阻电机，提出两种控制技术方案，具体为：
1.变功率控制方案：所述磁悬浮开关磁阻电机的变功率控制方法是通过控制电机的定子的绕组的换相次序来完成的。
结合图3所示，其将两组定子绕组分别定义为A相、B相、C相、D相和A1相、B1相、C1相、D1相。其中，附图3中的A、A′对应A相，B、B′对应B相，C、C′对应C相，D、D′对应D相；A1、A1′对应A1相，B1、B1′对应B1相，C1、C1′对应C1相，D1、D1′对应D1相。
功率控制包含如下步骤：接收变功率启动指令；检测转子位置；执行换相工作循环。结合图4和图5所示，具体控制方法为：
(1)全功率工作循环的换相工作顺序为“A、C1→B、D1→C、A1→D、B1”，即左右两定子绕组同步工作。
(2)半功率工作循环的换相工作顺序为“A→B→C→D”或“A1→B1→C1→D1”即左右两组定子绕组只有一组工作。
本实施例，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电；电机驱动器与电机控制器连接。
2.双余度控制方案：所述磁悬浮开关磁阻电机的双余度控制方法是通过控制电机的定子的绕组的换相次序来完成的。
结合图3所示，其将两组定子绕组分别定义为A相、B相、C相、D相和A1相、B1相、C1相、D1相。其中，附图3中的A、A′对应A相，B、B′对应B相，C、C′对应C相，D、D′对应D相；A1、A1′对应A1相，B1、B1′对应B1相，C1、C1′对应C1相，D1、D1′对应D1相。
余度控制包含如下步骤：接收启动指令；检测转子位置；检测电流信号；判断左右绕组；执行换相工作循环。结合图6和图7所示，具体控制方法为：
(1)左绕组工作循环：“A→B→C→D”，即左定子绕组工作。
(2)右绕组工作循环：“A1→B1→C1→D1”，即右定子绕组工作。
本实施例，将两组定子分别与各自的电机驱动器进行电连接，通过各自的电机驱动器实现对应定子绕组的通电。

Claims (8)

1.一种高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述磁悬浮开关磁阻电机的定子的极数为8级、转子的凸级数为6级；所述控制方法包括：
将左侧定子的4对级，每对依次定义为A相、B相、C相、D相，右侧定子的4对级，每对依次定义为A1相、B1相、C1相、D1相；
通过控制A相、B相、C相、D相的通电顺序和/或A1相、B1相、C1相、D1相的通电顺序，来实现磁悬浮开关磁阻电机的功率控制和双余度控制。
2.根据权利要求1所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电，其中全功率控制方法为：
单个循环周期的通电顺序依次为，A相、C1相通电，B相、D1相通电，C相、A1相通电，D相、B1相通电，每次通电仅两相通电；
重复上述循环周期，实现全功率控制。
3.根据权利要求1所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电；电机驱动器与电机控制器连接；其中，半功率控制方法为：
单个循环周期的通电顺序依次为，A相通电、B相通电、C相通电、D相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现半功率控制。
4.根据权利要求1所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，将两组定子同时与一个电机驱动器进行电连接，通过电机驱动器实现任意相的通电；电机驱动器与电机控制器连接；其中，半功率控制方法为：
单个循环周期的通电顺序依次为，A1相通电、B1相通电、C1相通电、D1相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现半功率控制。
5.根据权利要求1所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，
将两组定子分别与各自的电机驱动器进行电连接，通过各自的电机驱动器实现对应定子绕组的通电，其中，左侧定子绕组工作控制方法为：
左侧定子绕组通电，其单个循环周期的通电顺序依次为，A相通电、B相通电、C相通电、D相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现左侧定子绕组工作。
6.根据权利要求1所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，将两组定子分别与各自的电机驱动器进行电连接，通过各自的电机驱动器实现对应定子绕组的通电，其中，右侧定子绕组工作控制方法为：
右侧定子绕组通电，其单个循环周期的通电顺序依次为，A1相通电、B1相通电、C1相通电、D1相通电，每次通电仅一相通电；重复上述循环周期，实现右侧定子绕组工作。
7.根据权利要求5或6所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述磁悬浮开关磁阻电机包括电机控制器，电机控制器分别与电机驱动器1、电机驱动器2电连接，用于检测电子驱动器、定子绕组是否发生故障；
根据电机驱动器1、电机驱动器2或左侧定子绕组、右侧定子绕组是否发生故障，来选择左侧定子绕组通电或右侧定子绕组通电，实现余度控制。
8.根据权利要求1至5任一项所述的高速磁悬浮开关磁阻电机的控制方法，其特征在于，所述磁悬浮开关磁阻电机包括转子位置传感器，用于检测转子位置，并将位置信号反馈电机控制器；电机控制器根据转子位置信号来控制各相的通断电顺序。
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