[发明专利]多轴磁轴承和对具有主动开关拓扑的磁轴承的控制

说明书

发明领域

实施方案一般涉及用于住宅区或光照商业区制热和制冷应用的制冷剂蒸汽压缩系统，且更具体而言，涉及一个或多个多轴主动磁轴承(AMB)和对连接到制冷剂蒸汽压缩系统的转子轴的AMB的控制。

相关技术描述

在暖通空调(HVAC)行业中的传统的离心压缩机使用转子轴承和液体动压轴承，二者均消耗功率、需要燃油和润滑系统。这些HVAC应用中，已引入避免有关燃油和功率消耗问题的陶瓷转子轴承。陶瓷转子轴承不适用于速度超过每分钟30,000转数(rpm)的压缩机，因为这些轴承在高rpm下产生过多热量。齿轮以高rpm运转并通常用来替代陶瓷转子轴承。虽然齿轮是行之有效的技术，但它们需要更多的润滑、产生过度噪音和振动并且消耗更多功率。

在工业应用中，AMB已被广泛用作传统润滑轴承的替代。AMB的这些工业应用使机器因为最小摩擦力而能够以非常高的速度旋转。然而，包括其控件的这些AMB的高成本已限制了磁轴承的大规模实施，尤其是在HVAC行业内。通常，利用具有不同拓扑的功率放大器来提供通电电流以控制AMB。但是，因为在这些AMB中使用更多线圈，所以需要额外的功率放大器和相关驱动器和传感器电路来实施控制算法。额外的功率放大器使得实施AMB拓扑更加昂贵和复杂。一种具有用于控制AMB的减少数量的开关的改良拓扑将在本领域中广受好评。

发明概要

根据本发明的一个方面，一种包括冷凝器、膨胀阀、蒸发器和耦合到多轴磁轴承系统的压缩机的制冷剂蒸汽压缩系统，其包括：电动机，其经由转子轴操作地耦合到压缩机；多轴磁轴承系统，其包括具有第一组电磁致动器的第一主动磁轴承(AMB)，第一主动磁轴承电耦合到具有第二组电磁致动器的第二AMB；和控制器，其包括三相控制电路，三相控制电路具有用于控制第一AMB和第二AMB中的每一个的多个主动电流开关；其中第一AMB的第一电磁致动器电耦合到第二AMB的第二电磁致动器，第一和第二电磁致动器中的每一个耦合到控制电路的两个相脚；且其中控制器可操作以接收指示转子轴的位置的信息，并且向磁轴承系统提供调整信号以调整转子轴的位置。

根据本发明的另一方面，一种磁轴承系统包括：第一主动磁轴承(AMB)，其包括耦合到轴的第一组电磁致动器；第二主动磁轴承(AMB)，其包括耦合到轴的第二组电磁致动器；控制器，其包括三相控制电路，三相控制电路具有用于控制第一AMB和第二AMB中的每一个的多个主动电流开关；其中第一AMB的第一电磁致动器电耦合到第二AMB的第二电磁致动器，第一和第二电磁致动器中的每一个耦合到控制电路的两个相脚；且其中控制器可操作以接收指示转子轴的位置，并且向磁轴承系统提供调整信号以调整轴的位置。

根据本发明的另一方面，一种用于控制在蒸汽压缩系统中使压缩机操作地连接到电动机的转子轴的方法包括：接收指示第一主动磁轴承(AMB)的第一位置的信息，第一AMB包括在第一位置处耦合到转子轴的第一组电磁致动器；接收指示第二AMB的第二位置的信息，第二AMB包括在第二位置处耦合到转子轴的第二组电磁致动器；以及提供与第一AMB和第二AMB中的每一个电通信的控制器；以及所述控制器生成信号以将转子轴定位在第一位置或第二位置的至少一个处；其中控制器包括三相控制电路，三相控制电路具有用于控制第一AMB和第二AMB中的每一个的多个主动电流开关；且其中第一AMB的第一电磁致动器电耦合到第二AMB的第二电磁致动器，第一和第二电磁致动器中的每一个耦合到控制电路的两个相脚。

本发明的其它方面、特征和技术将从结合附图进行的以下描述中变得更加显而易见。

附图简述

现参考附图，其中相似的元件在附图中编号相同：

图1描绘根据本发明的实施方案的包括磁轴承系统的制冷剂蒸汽压缩系统的示意图；

图2描绘根据本发明的实施方案的耦合到磁轴承系统的转子轴的示意性透视图；

图3描绘根据本发明的实施方案的将AMB耦合到转子轴的方法的示意图；

图4A描绘根据本发明的实施方案的用于将电流开关连接到磁轴承系统的电路拓扑；

图4B描绘根据本发明的实施方案的用于将电流开关连接到磁轴承系统的替换电路拓扑；

图5描绘根据本发明的实施方案的用于控制磁轴承系统的控制算法的示意图；以及

图6描绘根据本发明的实施方案的二级六开关电路拓扑。

具体实施方式