[发明专利]多相单套绕组无轴承电机传动系统

说明书

技术领域

本发明涉及无轴承电机传动系统，尤其适合于高速大功率无轴承交流传动系统。 

背景技术

轴承是实现传动系统高速和超高速运行的瓶颈。为突破这个瓶颈，人们在上个世纪80年代提出了无轴承电机的概念。其原理是在定子铁心中嵌入两套3相绕组，一套用于产生电磁转矩，称为转矩绕组；另一套用于生成径向悬浮力，称为悬浮绕组。若转矩绕组的极对数为p，则悬浮绕组的极对数为p+1或p-1。两套绕组产生的极对数相差1的两旋转磁场，它们相互作用在转子上产生悬浮力。 

目前的无轴承电机(感应电机、永磁同步电机、磁阻电机等)均采用两套极对数不同的三相绕组。在大功率传动系统中，受电力电子器件单管容量水平的限制，只能采用功率器件串联或并联的变频器来满足大功率的要求，存在均压、均流困难等问题。采用这类变频器(如多电平变频器)的三相传动系统存在价格昂贵，可靠性低等缺点，只要有一相出现故障，系统就无法正常工作。而若要实现无轴承运行，就必须采用两套这样的变频器分别给三相转矩绕组和三相悬浮绕组供电，系统价格更加昂贵，可靠性进一步降低。 

发明内容

本发明的目的是提供一种多相单套绕组无轴承电机传动系统，以降低无轴承传动系统的成本，提高运行可靠性。 

本发明的多相单套绕组无轴承电机传动系统，包括 

多相交流电机，具有一套相数n≥5的绕组，电机定子绕组由n个轴线依次相隔2π/n角度的绕组构成，每相绕组同时含有奇次和偶次空间谐波； 

多相逆变器，用于给多相交流电机供电，多相逆变器的相数与多相交流电机的相数n相等，单端供电时，逆变器具有n个桥臂，电机各相绕组的一端为星形连接，各相绕组的另一端分别与逆变器各相桥臂的输出端连接；双端供电时，逆变器具有2n个桥臂，电机各相绕组的输入端依次连接到n个桥臂的输出端，各相绕组的输出端分别连接到相应另n个桥臂的输出端； 

逆变驱动单元，用于驱动多相逆变器，逆变驱动单元的输出端与多相逆变器的控制输入端相连； 

检测单元，其信号输入端分别与设置在多相交流电机中的电压、电流、转 速和位移传感器的信号输出端连接。用于输出多相交流电机的电压、电流、转速和转子位移信号； 

转矩转速控制单元，其输入端与检测单元的转速信号的输出端相连，将输入的转速信号与设定的转速值比较，输出控制多相交流电机转矩和转速的电流参考信号； 

悬浮控制单元，其输入端与检测单元的转子位移信号的输出端相连，将输入的转子位移信号与设定的位移值比较，输出控制多相交流电机转子悬浮的电流参考信号； 

综合单元，以转矩转速控制单元的输出和悬浮控制单元的输出作为控制输入，完成电流调节、坐标变换、坐标反变换和PWM控制，其输入端分别与转矩转速控制单元的输出端、悬浮控制单元的输出端以及检测单元的电压、电流和转速信号输出端相连，综合单元的输出端与逆变驱动单元的输入端连接。 

本发明的无轴承电机传动系统采用一台单套多相绕组交流电机和一台多相逆变器，在避免电力电子功率器件的直接串、并联的前提下更易于实现大功率传动。此外，与传统的双绕组无轴承电机相比，本发明只需一套多相定子绕组，不仅结构简单，更易于嵌线，降低成本，还具有更高的可靠性，当一相或几相发生故障时可实现容错运行。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是多相电机的绕组结构实例(以5相为例)； 

图3是单端供电多相无轴承电机与多相逆变器的连接方式； 

图4是双端供电多相无轴承电机与多相逆变器的连接方式； 

图5是多相对称系统的坐标变换矩阵； 

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明： 

参照图1，本发明的多相单套绕组无轴承电机传动系统，包括： 

多相交流电机1，具有一套相数n≥5的绕组，电机定子绕组由n个轴线依次相隔2π/n角度的绕组构成，每相绕组同时含有奇次和偶次空间谐波； 

多相逆变器2，用于给多相交流电机1供电，多相逆变器2的相数与多相交流电机1的相数n相等，单端供电时，电机各相绕组的一端为星形连接，各相绕组的输入端与逆变器各相桥臂的输出端连接；双端供电时，电机各相绕组两端分别与逆变器各相桥臂的输出端连接； 

逆变驱动单元3，用于驱动多相逆变器2，逆变驱动单元3的输出端与多相逆变器2的输入端相连；