[发明专利]一种调节永磁盘式电机轴向力的控制方法

摘要

一种调节永磁盘式电机轴向力的控制方法，永磁盘式电机包括定子、转子、轴、变频器，其中定子上嵌有绕组，绕组与变频器的输出连接，转子上贴有永磁体，转子与轴1连接，在接到轴向力、转矩和转速指令时，变频器获得转子的位置信号，计算出需要施加的电流幅值、相位和频率，然后将电流施加到绕组中，产生要求的旋转定子磁场，与转子上的永磁体相互作用，产生要求的轴向力Fin和转矩T，充分利用了永磁盘式电机自身产生轴向力的特点，可以将旋转力矩T和轴向力Fin单独控制，平衡负载或者重力产生的轴向力Fout，从而有效的降低推力轴承的体积和磨损，同时提高系统的效率，而且不需要额外增加任何装置。

主权项

一种调节永磁盘式电机轴向力的控制方法，其特征在于：永磁盘式电机包括定子（2）、转子（3）、轴（1）、变频器（7），其中定子（2）上嵌有绕组（4），绕组（4）与变频器（7）的输出连接，转子（3）上贴有永磁体（5），转子（3）与轴（1）连接，在接到轴向力（F out）、转矩（T ）和转速（n ）指令时，变频器（7）获得转子（3）的位置信号，计算出需要施加的电流幅值（I ）、S极的轴线d s与A相绕组轴线初始相位（θ 1）和频率（f ），然后将电流施加到绕组（4）中，产生要求的旋转定子磁场，与转子（3）上的永磁体（5）相互作用，产生要求的轴向力（F in）和转矩（T ），要求轴向力（F in）与实际轴向力（F out）大小相同，方向相反，具体方法如下：根据电机学原理，A相，B相和C相绕组所通电流分别为I A、I B和I C                  （a）其中：I 为交流电的幅值，单位V；f 为交流电的频率，单位Hz；θ 1为S极的轴线d s与A相绕组轴线初始相位，单位rad；t 为时间，单位s；S极的轴线d s与A相绕组轴线的夹角为φ1=2πf t+θ 1，S极的轴线ds与A相绕组轴线初始相位为θ 1，φ 1对时间t求导可以得到旋转角速度ωs=2πf ；N极的轴线d r与A相绕组轴线的夹角为φ 2=θ 2‑ωr t，N极的轴线d r与A相绕组轴线初始相位为θ 2；定子磁场S极轴线d s与转子磁场N极轴线d r的夹角为φ=φ1+φ2=θ1+θ2；根据电磁场原理，可以得出如下方程：                    （b）其中：T为转矩，顺时针为正，逆时针为负；Fin为定转子之间的电磁力，吸力为正，斥力为负；k 1,k 2为系数；B r为转子永磁体单独作用产生的磁场基波幅值；B s为定子单独作用产生的磁场基波幅值，其值与定子绕组通的电流幅值I 成正比,B s=k 3I；为定子绕组产生的磁场S极中线与转子磁场N极中线之间的夹角，=θ 1+θ 2;在给定系统需求的T 和F in时，上述方程仅有B s和φ为未知量，可以求解出B s和φ，再结合运行转速ωs和N极的轴线d r与A相绕组轴线初始相位为θ 2，可以求解出（a）式中的三个控制变量，表达式为：                      （c）向A相、B相和C相绕组分别提供（a）式中的电流，即可以得到需要的转矩（T ）、轴向力（F in）和转速（ω s）。