[发明专利]一种无轴承磁悬浮电机转子径向位置检测装置及控制方法

说明书

本发明涉及无轴承磁悬浮电机检测装置及控制技术领域，包括磁悬浮电机转子径向位置检测阵列传感器、电机dsp控制器、定子和转子，所述磁悬浮电机转子径向位置检测阵列传感器包括第一电涡流位移传感器、第二和第三电涡流位移传感器，所述第一电涡流位移传感器、第二和第三电涡流位移传感器在同一径向平面内对称布置，所述阵列传感器的中心处贯穿转子轴心，控制方法包括：一、利用阵列传感器得到悬浮位移分量；二、通过比较得到位移偏差信号并将位移偏差信号传递给dsp；三、dsp输出控制指令，改变该方向分量上的悬浮力；四、进行“巡检式”控制，使转子悬浮于中心位置附近。本发明达到无轴承磁悬浮电机径向位移的高速、高精度控制。

技术领域

本发明涉及无轴承磁悬浮电机检测装置及控制技术领域，尤其涉及一种无轴承磁悬浮电机转子径向位置检测装置及控制方法，具体而言，涉及一种基于阵列式电涡流位移传感器的无轴承磁悬浮电机转子径向位置检测装置及位置闭环控制方法。

背景技术

无轴承磁悬浮电机是一种能够同时实现转矩控制与悬浮控制的新型电机，单绕组结构中，其定子槽内只有一套绕组，绕组内每相电流包含旋转电流与悬浮电流两个分量，分别用于产生旋转力矩与悬浮力。相比于传统的磁悬浮轴承电机和双绕组磁悬浮电机具有结构紧凑、功率密度大、易于制作等特点。转子径向位置闭环控制系统是无轴承磁悬浮电机的重要组成部分，其主要包括转子径向位置检测和基于悬浮力的转子位置主动控制部分。转子径向位置检测装置实时检测转子径向偏心位置作为反馈量，主动控制器根据位置偏心误差计算得到控制指令，传输至功率放大器后，产生悬浮控制电流，提供相应方向和大小的主动悬浮力，实现转子径向位置的实时、精确闭环控制。

单绕组磁悬浮电机转子径向位置包含X、Y两个向量，通常采用非接触式电涡流位移传感器进行检测，受转子被检测面形状(非平面及偏心)、质量(粗糙度)及环境(温度、电磁干扰)影响，同方向采用单个传感器的检测精度很差。为提高检测精度，现有技术中采用四个电涡流位移传感器位于同一平面相隔90°的阵列式布置，径向平面内X、Y方向的位移分别通过两个相对的传感器组成差动式结构，消除共模干扰，提高了检测的精度，参阅图1。但实际测试中发现，传感器位置检测误差受正交方向位移(探头中心轴线与转子中心轴线的偏心距)大小影响非常大，并且由于采用四个传感器相隔90°布置，相互间容易产生电磁干扰，影响测量的精度，导致转子径向位置检测精度极差。同时，当偏心越大时误差越大，通过X、Y向量进行位置解算，采用数值补偿的方法时，解算时间较长，难以满足电机高速旋转下，径向位置实时控制的要求。

传统的单绕组磁悬浮电机转子径向位置主动控制系统根据转子位置偏心误差，实时控制绕组电流大小及相位，根据阵列式传感器解算出来的转子径向位置，将悬浮力固定在当前位置与目标位置连线上，同时控制其大小，使转子最终稳定在目标(中心)位置上。但调节过程中受转子自身重力的影响，其运动轨迹不断变化，导致闭环控制过程中，绕组控制电流的大小和相位同时快速变化，控制难度增大，再加上受位移检测精度差、位置补偿算法复杂、耗时久的制约，单绕组磁悬浮电机转子径向悬浮位置闭环控制效果很不理想。

《磁悬浮轴承的控制方法和装置》(公告号为CN106090012B)公开了一种磁悬浮轴承的控制方法和装置。其中，该方法包括：获取轴承转子的位移振动偏差幅值；比较位移振动偏差幅值与预设幅值的大小，得到比较结果；根据比较结果，调整磁悬浮轴承的偏置电流。该方法和装置解决的是磁力轴承中偏置电流始终是一个定值，很可能会造成由于振幅过大而导致系统失稳的现象；转子平稳低速运行时，采用初始固定的偏置电流，系统在长时间运行过程中就会产生比较大的功耗的问题，本发明解决了现有技术中磁悬浮轴承系统稳定性差的技术问题，并未具体解决无轴承磁悬浮电机在实际应用时因为位移传感器相互之间电磁干扰造成的位移测量误差大，精度不够高的问题。

针对现有技术中无轴承磁悬浮电机在高速旋转时转子的径向位置检测及闭环控制精度不高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容