[发明专利]多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无轴承电机的无位移传感控制方法，尤其涉及一种多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法。

背景技术

对于一个无轴承系统，其核心是通过位移反馈调节电机中的激励使得电机平稳悬浮在电机中心，这就要求设置位移传感器准确捕捉电机转子径向位移的精确信息。而位移传感器的线性度、灵敏度、分辨率易受温度和电磁噪声的干扰，导致电机的悬浮性能受到影响，限制了无轴承电机的推广。此外位移传感器的造价昂贵，影响了此类电机的实用化。因此研究无轴承电机的无位移传感器技术对提高此类电机的可靠性，推进其实用化进程有着重要的意义。

目前主要有两种方法提取电机的转子位置信息，一种是利用电机的自感信息获取电机的偏心信息，此方法需将悬浮绕组的中线引出，在转矩绕组上注入持续的高频激励信号，通过测得的悬浮绕组的电压差辨识电机转子径向位移。

另外一种是利用电机两套绕组之间的互感获取电机的偏心信息。转子偏心时，电机定子不同极对数的绕组之间的互感会随转子偏心变化，但是由于两套绕组内均存在自身平面的基频激励（用于提供电机转矩或悬浮力），该激励也会在自身绕组上感应出电压信号。即对于双绕组无轴承电机而言，转矩绕组与悬浮绕组的电流均由两部分组成。以悬浮绕组为例，一部分为悬浮电流感应出的电压，另一部分包含互感信息由转矩绕组电流产生，该部分电流中包含了两套绕组之间的互感信息。目前并无方法在基频激励下将两者有效的分离，从而准确的估算出转子位移。当前广泛研究的是高频注入法，即在两套绕组中的一套注入高频激励，检测另一套绕组中感应出的高频信号。此时，由于在检测的绕组中不存在相应的高频激励，其高频信号全部由电机互感感应产生，将检测得到的信号（高频信号）经过滤波后可以有效的获取电机的互感信息，进而辨识出转子径向位移，实现电机的无传感器运行。但是为避免注入信号对电机悬浮力及转矩产生干扰，注入信号频率往往较高，故高频注入法对系统的硬件要求很高，造成成本上升，一定程度上限制了该项技术的推广应用。

多相单绕组无轴承电机为最新研究的一种无轴承电机，其采用一套多相绕组取代传统的两套三相绕组，利用多相电机中不同的控制自由度（平面），分别控制电机的旋转和悬浮。多相单绕组结构中，类比于传统无轴承电机中转矩绕组和悬浮绕组的概念，定义产生电磁转矩的平面为转矩平面，为电机提供悬浮磁场的平面为悬浮平面。该电机具有损耗低、高可靠性、易于实现大功率、多控制自由度等优势。

目前还未有利用多相单绕组永磁型无轴承电机的空余平面检测转子径向位移的方法见诸报道。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的问题，针对多相单绕组无轴承电机自身的特点，提供一种多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法。

多相单绕组无轴承电机的无径向位移传感器控制方法为：

检测电机各相电流和相邻相的线电压，并将其经过多相坐标变换环节转换到如下电机的各个正交的d q平面坐标系下，

式中表示坐标变换矩阵，为转子位置角，，当n为奇数时，变换矩阵应删去最后一行；

选取多相单绕组无轴承电机中有别于转矩平面和悬浮平面的d3-q3平面作为信号平面，通过电流闭环保持该平面的电流为0，利用d2-q2平面的电流反馈信号和d3-q3平面的电压反馈信号，将其滤波后，通过下式检测出两平面间的互感信息，进而实时估算出转子径向方向的位移，实现电机的无位移传感器运行，

式中，、分别为需检测的电机径向水平和垂直方向的位移，为转子永磁体等效励磁电流，表示d2-q2平面和d3-q3平面之间的互感系数，为转子角速度， 、分别为当d2-q2平面电流的d、q轴分量，、分别为d3-q3平面电流的d、q轴分量；

位移信号、分别与给定的位移参考信号、进行比较，经过PID调节器分别得到给定悬浮力、，然后通过如下悬浮电流计算公式求得d1-q1平面的电流给定值、，将光电码盘反馈的转速信号与给定转速信号相比较，经过PI调节器得到d2-q2平面的q轴电流给定信号，同时保持d3-q3平面的电流给定值、为0；

其中表示电机的等效气隙长度，表示永磁体产生的激磁磁链，、分别表示电机d1-q1、d2-q2平面的电感。

再通过d1-q1、d2-q2、d3-q3平面的电流闭环，分别求得三个平面内所需的电压给定信号、、、、、，经过多相坐标变换将其转化为电机各相电压给定信号通过多相逆变器为电机供电。