[发明专利]主动磁轴承控制器

说明书

技术领域

本公开总体上涉及主动磁轴承（AMB）。更具体地，本发明涉及具有改进构造的AMB控制器的功率放大器，该改进构造减少了功率半导体部件和分离的电流传感器的数量。

背景技术

三相感应马达已经被广泛地认为是许多工业应用的主力。存在用于不同速度范围的电动马达。高速操作范围呈现优于通过直接50/60 Hz电源频率可能的速度范围的某些优点。增加额定速度是增加功率密度和效率的有效方式。高速马达的感兴趣的操作领域是其中齿轮箱和标准马达能够被直接驱动的高速马达替代的应用。

电机的转子通常被多个轴承支撑。在一些情况下，诸如高速转子操作，有益的是使用AMB来代替传统的机械轴承。AMB通过产生受控的磁通量来支撑转子轴，所述磁通量在转子上施加力来维持期望的转子轴位置。AMB被磁轴承控制器控制。现有的磁轴承控制器具有大量不足和缺点。存在仍未满足的需求，包括降低硬件复杂性、减少开关损耗和增加可靠性。例如，一些磁轴承控制器需要大量开关以便逐步降低输入电压并且将功率提供到磁轴承的绕组对。在另一示例中，一些磁轴承控制器需要分离的电流传感器来计算适当量的磁通量以提供到磁轴承绕组。对于本文中公开的独特的装备、方法、系统和技术存在重大需求。

发明内容

为了清楚、简明且准确地描述本公开的非限制示例性实施例、制造和使用本公开的方式和过程的目的，以及为了使本公开能够实践、制造和使用，现在将参考某些示例性实施例，包括附图中所示的那些，并且特定语言将用于描述本公开。无论如何将理解，不因此对本公开的范围产生限制，并且本公开包括并保护如本领域一名技术人员在本公开启示下将意识到的对示例性实施例的那些改变、修改和另外的应用。

示例性实施例包括用于主动磁轴承控制器的独特的系统、方法、技术和装备。本公开的另外的实施例、形式、目的、特征、优点、方法和益处将从下述描述和附图中显而易见。

根据本申请，具有基本相等的电压水平的对称双电平中间DC电路电压被用作AMB功率放大器（其也被称为磁驱动器）的电源，并且绕组电流负载在电压半部（voltage halves）之间尽可能均匀地被共享。在布置中，每个绕组的一端被连接到DC电路中间点，其使得能够且有利于通过被置于该电势的低成本的分流电阻器感测电流。

根据本申请的实施例，功率放大器被成对布置，以便每对均包括上侧功率放大器和下侧功率放大器，使得绕组电流负载尽可能均匀。

根据本申请的控制方法，每对中的上侧和下侧功率放大器被控制成使得输出电压脉冲的尖锐边缘尽可能同时且指向相反，从而最小化通过杂散电容进入环境中的电容电流和并且因此最小化来自系统的高频发射。相等负载的功率放大器对布置和用于相反指向的电压脉冲的控制方法也最小化DC链路平流电容器的电流纹波，因此延长其寿命。

根据本申请的实施例，额外的功率放大器可以被用于保持DC电路半部的电压处于平衡。

附图说明

图1示出了示例性主动磁轴承（AMB）控制器。

图2示出另一示例性AMB控制器。

图3示出示例性AMB布置。

图4示出由示例性AMB布置围绕的转子轴的两个横截面。

图5是示出示例性激活信号的图表。

图6示出用于图1和图2的AMB控制器的示例性电压平衡电路。

具体实施方式

参考图1，示出了主动磁轴承（AMB）系统100。将意识到，系统100可以在各种应用中被实现，包括空气压缩机、飞轮、涡轮机和泵送系统，这里仅列出一些示例。

系统100包括功率转换器（power converter）110和多个磁轴承绕组对140。转换器110包括被构造成从DC电源（未示出）的正极接收功率的正DC总线轨111a和被构造成从DC电源的负极接收功率的负DC总线轨111b。在轨111a和111b之间的电压差是V_dc。电容器113被电联接到正DC总线轨111a和中点连接117。电容器115被电联接到中点连接117和负DC总线轨111b。电容器113和115具有基本相等的大小，使得每个电容器113和115两端的电压是V_dc的一半并且在中点连接117处的电压是0 V。