[发明专利]一种基于空间对称绕组磁链和的无轴承磁通切换电机转子径向位移观测方法

说明书

本发明涉及一种基于空间对称绕组磁链和的无轴承磁通切换电机转子径向位移观测方法，利用检测的无轴承磁通切换电机相绕组电压和电流，计算出相绕组的磁链；计算机械空间对称180度的两绕组磁链之和；把自然坐标系中的空间对称各对绕组磁链之和变换至直角αβ坐标；根据αβ坐标系磁链与转子径向位移Δx、Δy之间关系，观测出转子径向位移Δx、Δy。本发明能够在不增加电机及控制器制造成本基础上，利用电机本身绕组电压、电流及转子切向位置角，观测出转子径向位移。

技术领域

本发明涉及无轴承磁通切换电机转子径向位移测量领域，特别是一种基于空间对称绕组磁链和的无轴承磁通切换电机转子径向位移观测方法。

背景技术

无轴承磁通切换电机采用定子永磁型结构，有利于永磁体散热，其具有效率高、降低永磁体因温升退磁风险、无污染等突出优点，在高速、超高速、大容量、清洁的电机驱动领域中具有极高的应用价值。

为了实现转子稳定悬浮于中心，通常需要控制2个径向位移自由度。为了实现径向位移控制，通常利用转子径向位移反馈构成转子悬浮闭环控制。目前通常采用径向位移传感器方法获得转子径向位移反馈值，选择的传感器主要有电涡流传感器、线性霍尔等。为了方便径向悬浮位移传感器的安装及准确测量，通常还需要在电机转轴上安装传感器支架及基准环。

采用物理上径向位移传感器优点在于可以直接、快速获得转子径向位移；但同时也存在明显的缺点：(1)一般采用差动方式测量转子径向位移，所以测量转轴一端径向位移需要4个位移传感器，且传感器的测量精度能够分辨微米级，从而径向位移检测成本明显提高，增加了无轴承电机及其驱动系统的成本，限制了无轴承电机驱动系统的实际应用领域的拓展；(2)由于轴向安装了支架及基准环，增加了转轴的长度，增加了转子的重量，降低了转子临界转速，从而限制了转子高速区运行上限的提升及电机功率的提高，同时也使得电机设计复杂化；(3)径向位移传感器与控制器之间需要弱电信号的连接导线，降低了无轴承电机驱动系统运行的可靠性，尤其是当电机转子处于高速悬浮运行情况，若出现径向位置检测通道故障，甚至会出现重大灾难性后果；(4)由于径向位移传感器端面和基准环端面具有一定的面积，导致传感器检测转子径向位移存在不可避免的干扰分量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于空间对称绕组磁链和的无轴承磁通切换电机转子径向位移观测方法，能够在不增加电机及控制器制造成本基础上，利用电机本身绕组电压、电流及转子切向位置角，观测出转子径向位移。

本发明采用以下方案实现：一种基于空间对称绕组磁链和的无轴承磁通切换电机转子径向位移观测方法，所述无轴承磁通切换电机采用A-F单绕组结构，共计有空间对称绕组三对：A相和D相对称、B相和E相对称、C相和F相对称；包括以下步骤：

步骤S1：利用A、D相磁链之和φ_AD及A、D相悬浮磁链之和计算出A、D相绕组偏差磁链φ_eAD；利用C、F相磁链之和φ_CF及C、F相悬浮磁链之和计算出C、F相绕组偏差磁链φ_eCF；

步骤S2：将步骤S1得到的偏差磁链φ_eAD、φ_eCF及A、C相的单位正弦函数值s_uA、s_uC送给乘法器，再通过低通滤波器，输出A、D相偏差磁链的直流分量φ_eLAD和输出C、F相偏差磁链的直流分量φ_eLCF；

步骤S3：分别将步骤S2输出的直流分量φ_eLAD和φ_eLCF进行3/2变换，得到φ_eLα、φ_eLβ；

步骤S4：利用补偿磁链以及步骤S3得到的φ_eLα、φ_eLβ进行转子径向偏移计算，得到转子径向偏移Δx、Δy；