[发明专利]一种应用于磁悬浮轴承的环形拓扑四桥臂控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种应用于磁悬浮轴承的环形拓扑四桥臂控制装置及方法，属于磁悬浮轴承控制领域，包括4个单向导通器件、4个可控开关、4个绕组和电源。改变各个可控开关在一个开关周期内的导通时间控制通过各绕组的电流，通过将4个绕组分为两组，控制绕组中共模电流与差模电流的方式，实现对磁悬浮轴承中控制两个自由度的四个绕组电流的控制。本发明4个绕组环形连接，对于单个八极径向磁轴承的四个绕组只需要四个桥臂进行控制，对普通的桥式电路中单个线圈需要两个桥臂控制的方式，有效提高了器件的利用率。同时本发明提供的控制器在对两个绕组之间的差分电流进行控制时，可实现较高的电压利用率。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承控制领域，更具体地，涉及一种应用于磁悬浮轴承的环形四桥臂控制装置及方法。

背景技术

磁悬浮轴承是一种利用电磁力使转子悬浮的轴承装置，从而取代传统机械轴承，实现转子与定子的无接触运行。由于转子和定子之间没有机械接触，因而具有不需要润滑、无机械摩擦、无污染、稳定性好、工作寿命长等特点。在储能飞轮、航空设备等领域，转子需要进行高速、超高速转动或者对工作环境的要求比较高的应用场合，磁悬浮轴承的应用十分广泛。早在上世纪40年代，国外就已经有学者对磁悬浮轴承进行了深入研究，上世纪70年代，磁悬浮轴承进入了工业应用阶段。航空技术领域的发展极大的促进了磁悬浮轴承的发展，并因此产生了很多具有跨时代意义的磁悬浮装置。国内相关领域的发展起步较晚，近年来许多高校与企业都十分关注磁悬浮轴承领域的最新研究进展，已有公司目前也开始出现相关的产品，磁悬浮轴承在未来的几十年仍有广阔的发展前景。

对于有源磁悬浮轴承系统，主要包括转子、传感器、控制器和电磁执行器等部分，其控制系统的设计对整个装置的性能带来了巨大的影响。功率放大器将控制信号转换为绕组中的电流从而控制磁轴承的电磁力，是磁悬浮轴承系统中的重要组成部分。传统的全桥拓扑结构需要两个桥臂对一个绕组进行控制，在磁悬浮轴承系统中会使得系统结构变得复杂，提高了装置成本。目前已经有学者提出了使用共桥臂的方法来减少器件数量，从而降低成本，但是其器件数量仍有优化空间，且电压利用率不高，影响磁悬浮轴承装置的控制效果。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于磁悬浮轴承的环形拓扑四桥臂控制装置和方法，旨在解决现有的有源磁悬浮轴承系统无法极大限度减少器件数量的问题。

为实现上述目的，一方面本发明提供了一种应用于磁悬浮轴承的环形拓扑四桥臂控制装置，包括：单向导通器件D₁、单向导通器件D₂、单向导通器件D₃、单向导通器件D₄、可控开关S₁、可控开关S₂、可控开关S₃、可控开关S₄、绕组A₁、绕组A₂、绕组A₃、绕组A₄和电源；

单向导通器件D₁的第一端与绕组A₁、绕组A₂和可控开关S₁的第二端连接，其第二端与电源负极连接；

单向导通器件D₂的第一端与电源正极连接，其第二端与绕组A₂、绕组A₃和可控开关S₂的第一端连接；

单向导通器件D₃的第一端与绕组A₃、绕组A₄和可控开关S₃的第二端连接，其第二端与电源负极连接；

单向导通器件D₄的第一端与电源正极连接，其第二端与绕组A₄、绕组A₁和可控开关S₄的第一端连接；