[发明专利]一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器及控制方法

权利要求书

1.一种宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器的控制方法，所述宽转子齿无轴承开关磁阻电机功率变换器包括电源电压V_DC、稳压电容C_L、升压电容C_H以及若干桥臂电路；所述桥臂电路包括开关管和二极管；所述桥臂电路数量与电机定子数量相同，电机每个定子均与桥臂电路相连；

所述稳压电容C_L并联在电源电压V_DC两端，所述升压电容C_H的负极与稳压电容的正极串联；所述桥臂电路包括开关管S₁、S₂，以及二极管D₁、D₂；所述电机定子绕组上端与开关管S₁的发射极相连；所述电机定子绕组下端与开关管S₂的集电极相连；所述升压电容C_H的正极与开关管S₁的集电极相连；所述二极管D₁正极连接电源V_DC的正极，负极与开关管S₁的发射极相连；所述开关管S₂的发射极连接电源V_DC的负极，集电极与二极管D₁负极相连；所述二极管D₂的正极与开关管S₂的集电极相连，负极连接开关管S₁的集电极；所述开关管S₁、S₂采用全控型器件；

所述功率变换器包括4种工作模式：

（1）开关管S₁、S₂导通，二极管D₁、D₂反向截止；此时电容C_H和C_L的两端电压U_CH+U_CL加至定子绕组两端，定子绕组在快速励磁状态下运行；

（2）开关管S₁关断，S₂导通，二极管D₁导通，D₂截止；此时仅有电容C_L两端电压U_CL加至定子绕组两端，定子绕组在常压励磁状态下运行；

（3）开关管S₁导通，S₂关断，二极管D₁截止，D₂导通；此时定子绕组两端电压为0，定子绕组在零电压续流状态下运行；

（4）开关管S₁、S₂关断，二极管D₁、D₂导通；此时电容C_H两端电压U_CH反向加在定子绕组两端，定子绕组在退磁状态下运行；

采用的宽转子齿无轴承开关磁阻电机使用双凸极结构，包括12个凸极定子齿，8个凸极转子齿，绕组和转轴；所述转子极弧的机械角为30°，定子极弧的机械角为15°；所述12个定子齿上各有1套绕组，每个绕组的电压、电流可单独控制，每隔90°的两个绕组的绕线方向相反，流入电流方向相同；每隔90°的4个定子绕组形成电机的一相绕组，4个绕组形成的磁场呈NSNS分布；12个绕组最终形成依次在空间上相差30°的三相绕组；

其特征在于，所述功率变换器的控制方法包括以下步骤：

步骤S1、根据转子位置角导通区间判断工作模式，所述工作模式包括转矩相和悬浮相；所述转矩相表示此相转子位置角导通区间处于电感上升区：-22.5°—-7.5°；所述悬浮相表示此相转子位置角导通区间处于电感平顶区：-7.5°—7.5°；

步骤S2、以瞬时转矩为被控对象对转矩相进行控制；位于转矩相的四个定子齿的绕组工作模式相同，以瞬时转矩产生对称励磁，从而产生电机所需正转矩，具体包括下面四种情况：

a）、当瞬时转矩减小到转矩滞环信号大于内部滞环极限但小于等于外部滞环极限时，定子绕组在常压励磁状态下运行，瞬时转矩增加；

b）、当瞬时转矩继续减小到转矩滞环信号大于外部滞环极限时，定子绕组在快速励磁状态下运行，瞬时转矩进一步增加；

c）、当瞬时转矩增大到转矩滞环信号小于等于内部滞环极限的负值时，定子绕组在零电压续流状态下运行，瞬时转矩缓慢减小；

d）、当瞬时转矩增大到转矩滞环信号小于外部滞环极限的负值时，定子绕组在退磁状态下运行，瞬时转矩迅速减小；

步骤S3、所述悬浮相根据悬浮力滞环信号来决定功率变换器的工作状态，位于悬浮相的四个定子齿绕组工作模式不完全相同，以此来构成不对称励磁，获取电机所需的悬浮力；具体地，当需要悬浮力时，第1绕组电流应比第3绕组电流大，第2绕组和第4绕组电流为任意状态；当需要悬浮力时，第1绕组电流应比第3绕组电流小，第2绕组和第4绕组电流为任意状态；当需要悬浮力时，第1绕组电流与第3绕组电流相等，第2绕组和第4绕组电流为任意状态；

步骤S4、所述电机通过将转矩相和悬浮相导通实现转矩与悬浮力的解耦。