[发明专利]一种无轴承无刷直流电机及其控制方法

权利要求书

1. 一种无轴承无刷直流电机，由定子磁轭（11）、定子齿（12）、永磁体（13）、转轴（14）、悬浮力绕组（15）、转矩绕组（16）和转子铁心（17）组成，定子磁轭（11）同轴内套转轴（14），转轴（14）外同轴固定套装转子铁心（17）， 其特征在于：永磁体（13）以Halbach阵列均匀分布在转子铁心（17）表面，有12个定子齿（12）均匀固定于定子磁轭（11）的内圆周面上；转矩绕组（16）采用短距绕组且由A、B、C三相转矩绕组组成，A相转矩绕组由依次串联的A1、A2、A3、A4线圈组成，B相转矩绕组由依次串联的B1、B2、B3、B4线圈组成，C相转矩绕组由依次串联的C1，C2，C3，C4线圈组成，转矩绕组的线圈按A1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3、A4、B4、C4线圈的顺序依次沿逆时针方向缠绕于一个定子齿（12）上；悬浮力绕组（15）采用短距绕组且由a、b、c三相悬浮力绕组组成，a相悬浮力绕组由串联的a1、a2线圈组成，b相悬浮力绕组由串联的b1、b2线圈组成，c相悬浮力绕组由串联的c1、c2线圈组成，悬浮力绕组的线圈按a1、c1、b1、a2、c2、b2线圈的顺序依次沿逆时针方向缠绕于一个定子齿（12）上且每两个悬浮力绕组的线圈之间间隔一个定子齿（12）。

2. 一种如权利要求1所述的无轴承无刷直流电机的控制方法，其特征在于采用如下步骤：

1）在转轴（14）轴端设置霍尔传感器（60）以检测转子转角θ，将霍尔传感器（60）的输出端分别连接微分模块（58）、悬浮力电流给定值计算模块（54）和转矩绕组电流给定值计算模块（55）；将电机给定转速ω^*与转子转角θ经微分模块（58）得到的实际转速ω_r之差经过PI调节器（59）得到电流给定值I^*，将该电流给定值I^*输至转矩绕组电流给定值计算模块（55）；将悬浮力电流给定值计算模块（54）的输入端分别连接第一、第二PID调节器（56，57）、输出端依次连接第一电流跟踪型逆变器（51）和悬浮力绕组（15）；将转矩绕组电流给定值计算模块（55）的输入端连接PI调节器（59）、输出端依次连接第二电流跟踪型逆变器（53）和转矩绕组（16）；在转子径向x、y轴方向分别设置第一、第二电涡流位移传感器（61、62）以检测x、y轴方向实际位移，将电机给定的x、y轴方向参考位移x^*、 y^*与x、y轴方向的实际位移之差分别经第一、第二PID调节器（56、57）得到转子x、y轴方向的给定悬浮力F_x^*、F_y^*，将悬浮力F_x^*、F_y^*均输至悬浮力绕组电流给定值计算模块（54）；

2）将转子转角θ与电流给定值I^*经转矩绕组电流给定值计算模块（55）得到三相转矩绕组电流给定值i_A^*，i_B^*，i_C^*； 将给定悬浮力F_x^*、F_y^*和转子转角θ经悬浮力绕组电流给定值计算模块（54）得到三相悬浮力绕组给定电流i_a^*，i_b^*，i_c^*； 

3）将三相转矩绕组电流给定值i_A^*，i_B^*，i_C^*经第二电流跟踪型逆变器（53）得到三相转矩绕组的输入电流i_A，i_B，i_C；将三相悬浮力绕组电流给定值i_a^*，i_b^*，i_c^*经第一电流跟踪型逆变器（51）得到三相悬浮力绕组的输入电流i_a，i_b，i_c。