[发明专利]具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC控制方法

说明书

具有8/4槽极比的单绕组BL‑BLDC控制方法，首先，构建具有8槽定子、4极永磁外转子的单绕组BL‑BLDC的定转子拓扑结构，包括布局8/4槽极比单绕组BL‑BLDC的定子齿/槽，设计8/4槽极比单绕组BL‑BLDC的定子齿/槽结构，构建双四相对称星型线圈组定子绕组结构，按N、S交替极性顺序构建8/4槽极比单绕组BL‑BLDC的永磁外转子结构；然后，以能够同时产生电磁转矩和径向磁悬浮力为目标，根据所构建的8/4槽极比单绕组BL‑BLDC结构特点，建立定子齿线圈各分组线圈之间电磁转矩、径向磁悬浮力产生功能的交替切换控制方法或规则。该专利适用于需要兼顾磁悬浮力、电磁转矩的共同提高，而且具有良好解耦控制性能的无轴承无刷直流电机技术领域。

技术领域

本发明涉及新型特种交流电机及其驱动控制技术领域，尤其适用于需要兼顾提高磁悬浮力和电磁转矩的无刷直流电机无轴承磁悬浮运行控制应用场合，具体说的是具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC控制方法。

背景技术

关于“无轴承无刷直流电机”（简称BL-BLDC），国内外已对双绕组结构BL-BLDC（简称“双绕组BL-BLDC”）进行过研究，在其转矩控制方面，基本沿用了传统无刷直流电机的“三相二通”工作模式；而在其转子磁悬浮控制方面，已在磁悬浮力精确建模、定/转子结构、磁悬浮性能分析和控制策略等方面进行过研究。但是，“双绕组BL-BLDC”存在的主要问题在于：若同齿的转矩绕组与悬浮绕组同时通电，将导致电磁转矩与可控磁悬浮力之间的高度耦合，而若同齿的转矩绕组与悬浮绕组不同时通电，可控磁悬浮力的提升空间较小；独立磁悬浮绕组的存在，降低了转矩绕组的占槽率，导致电机的功率密度也比较低。因此，探索能兼顾提高磁悬浮力和电机功率密度的单绕组结构BL-BLDC（简称“单绕组BL-BLDC”），并使所有定子齿线圈同时工作，就成了问题解决的关键，也是BL-BLDC走上实用化发展道路的必然途径。

文献和专利检索结果表明：关于“单绕组BL-BLDC”技术，国外也尚处于起步阶段、文献资料很少，而国内尚未见相关技术资料。自2011年以来，日本研究和提出了一种具有12/6槽极比的“单绕组BL-BLDC”结构，但其相比“双绕组BL-BLDC”结构，无法有效提高电机功率密度，而且其驱动逆变器的成本高、存在直流侧不均压问题。

为了在提高磁悬浮力的同时，能够兼顾提高电磁转矩或电机功率密度，以便克服国外现有技术研究中所存在的缺陷，本发明将针对一种可兼顾提高径向磁悬浮力、电磁转矩（或功率密度）的8/4槽极比“单绕组BL-BLDC”结构，提出其稳定磁悬浮运行控制规则或控制方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC控制方法，以8/4槽极比单绕组BL-BLDC拓扑结构为基础，不但能够大幅度提高径向磁悬浮力的幅值，而且沿相互垂直的两个方向拥有同等的磁悬浮力控制刚度，兼顾提高电磁转矩或电机功率密度。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：具有8/4槽极比的单绕组BL-BLDC控制方法，包括以下步骤：

步骤1、构建8/4槽极比单绕组BL-BLDC的拓扑结构，采用的是8槽内定子、4极永磁外转子结构，具体构建步骤如下：

步骤1.1、构建8/4槽极比单绕组BL-BLDC的内定子结构：在内定子铁芯上均匀布局8个定子齿和定子槽结构；在每个定子齿上绕制一个定子齿线圈；然后，将相间隔的四个定子齿线圈作为一组，每组的定子齿线圈按四相星型连接后，其首端连接一个四相逆变器，其未端共同连接在一起，组成两个四相对称星型线圈组；

步骤2、构建8/4槽极比单绕组BL-BLDC的永磁外转子结构：在外转子铁芯的内侧粘接四个按N、S交替极性顺序排布的瓦片形永磁磁钢；