同时后一相绕组电感进入上升区，开关闭合绕组开始励磁，其余各相重复第一相绕组以上过程。
[0031 ] 励磁方式绕组励磁电压有正电压和零电压两种模态，无负电压模态。启动和低速运行阶段，转子由辅助轴承支撑，绕组励磁电流相同。
[0032]悬浮阶段，先后断开上下开关管，下管和绕组之间形成空转回路，实现零电压励磁，绕组电感的变化速率影响励磁电流的自然衰减。
[0033]绕组励磁电流的控制，通过位置传感器信号确定输出产生区域。
[0034]本发明的励磁方法，适用于多相磁悬浮开关磁阻电动发电机。参见图1，一种多相磁悬浮开关磁阻电机结构包括定子极上有12个独立绕组(Al?A4，B1?B4，C I?C4)，每一相的四套绕组(Nxl, Nx2, Nyl, Ny2)中相应的励磁电流(isal, isa2, isa3, isa4),上标“ + ”表示电流流入悬浮绕组，上标表示电流出悬浮绕组，各个方向感生的悬浮力(Fxl, Fx2, Fyl, Fy2)。控制ABC三相励磁电流的导通顺序和导通时间，即可由一相励磁悬浮的同时，另一相获得期望的发电电压。
[0035]在如图1去所示的电机绕组结构中实施本发明，绕组接线具有图3所示的不对称半桥他励结构。功率拓扑电路包括三相绕组A相PHASEA1、PHASEA2、PHASEA3、PHASEA4，B相 PHASEB1、PHASEB2、PHASEB3、PHASEB4，C 相 PHASEC1、PHASEC2、PHASEC3、PHASEC4，三相各桥臂的DC链路电容Cl到Cn，每个桥臂上下MOS开关管SI到Sn，续流二极管Dl到Dn。
[0036]单个结构组成结合图4说明，即绕组I通过续流二极管2DC链路电容3电流电压传感器4回路，由安装在定转子上的位置位移传感器5反馈信号，控制开关6开通关断完成每个周期励磁控制。
[0037]图5至图7分别为母线电压励磁阶段电循环过程；空转剩磁励磁阶段电循环过程；续流反馈阶段电循环过程。
[0038]图8中每个位置传感器的脉冲信号对应于所适用电机的换相信号，所有相信号与多相磁悬浮开关磁阻相中的电感最大和最小位置一致。图8中方波脉冲是电机启动和低速阶段的电循环的相信号，上下管得到前述励磁顺序为:A相励磁B相续流；C相励磁A相续流相励磁C相续流；A相励磁B相续流。
[0039]结合图9电感位置，激励相信号在悬浮力较小位置，反电动势小母线吸收励磁能量最大，在下一相励磁开始后续流快速建立起稳定的输出电压。
[0040]电机建立起稳定的输出电压后，图8的阴影部分是悬浮力产生区域的相信号，上下管的励磁顺序为:AB相励磁，A相励磁B相续流，CA相励磁，C相励磁A相续流，BC相励磁，B相励磁C相续流，AB相励磁。在此励磁顺序下结合图9电感位置，换相阶段总是处在悬浮力较大位置，临相激励过程被适当延长形成空转。图9中电感顶部区域反电动势较大，从母线处吸收大量的励磁能量造成励磁能量浪费；定转子极重合位置，悬浮力不与位置角度成线性关系，强行励磁会导致电流传感器反馈信号的剧烈扰动，而依靠空转状态下绕组内的剩磁通励磁，临相无需斩波限幅等措施控制电流。空转剩磁励磁是零电压，根据导通角控制电流幅值不增加斩波频率，绕组空转损失的励磁能量小。
[0041]根据控制器计算出的空转电流，给定上下管不同时刻断开信号，整个励磁续流过程电流波形如图9所示，当旋转速度稳定时，电流在空转时的衰减取决于绕组的IR降以及二极管和开关管的向前压降。例如在图1中A相绕组的励磁过程中，电涡流传感器采集的位移信号，经过控制器处理计算出各绕组对应的励磁电流。当PHASEB相续流对应定转子偏离较远，α方向由Al和A3绕组空转提供的悬浮力进行补偿，β方向由Α2和Α4绕组空转提供的悬浮力进行补偿。根据本发明零电压励磁的空转，在定转子重合部分提供了平滑的电流以实现悬浮力的过渡。
[0042]图10是的PHASEA1和PHASEA2励磁结束后的电压波形，电流的衰减与电感的变化率的影响，感应电动势DC链路电容起到并联绕组稳压的作用。在几个典型的空转角位置，可以看出DC看链路电容两端电压的变化，这可以通过控制器根据电压电流的反馈，控制输出电压的波形。
[0043]本发明可应用于有相同绕组结构的磁悬浮开关磁阻电机，通过适当调整励磁顺序和多相系统空转零电压的转换电路，即可输出可控的悬浮力并降低电流控制难度。
[0044]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种单绕组多相磁悬浮开关磁组发电机不对称励磁方法，其特征在于，包括以下几个步骤: (1)将开关磁阻发电机主电路的负载、续流二极管、MOS开关管、电容按照不对称半桥结构并联，DC母线一端组成励磁支路，DC链路一端组成续流支路； (2)启动阶段，转子凸极中心线相对定子凸极中心线的位置角逐渐减小且为负值，则第一相绕组phsase-1、phsase_2、phsase_3、phsase_4的电感值进入上升区，此时将第一相上桥臂开关管及第一相下桥臂开关管均闭合，电源与第一相绕组形成闭合回路；在电源母线电压励磁过程中，根据绕组电流的限幅宽度，若绕组电流超过限幅宽度上限，则打开第一相上桥臂开关管及第一相下桥臂开关管，若绕组电流低于限幅宽度下限，则关断第一相上桥臂开关管及第一相下桥臂开关管，避免绕组电流峰值过大； (3)建立稳定的输出电压后，所述转子凸极中心线相对定子凸极中心线的位置角接近零，将第一相上桥臂开关管打开，绕组与电源母线断开，第一相绕组、下桥臂续流二极管和第一相下桥臂开关管组成空转，绕组励磁电压为零；在零电压励磁过程中，通过缩短和延长空转时间控制悬浮力增加和减小，空转过程依靠剩磁励磁； (4)空转结束，所述转子凸极中心线相对定子凸极中心线的位置角逐渐增大且为正值，第一相绕组的电感值进入下降区，此时将第一相下桥臂开关管打开，第一相绕组通过DC链路续流；同时后一相绕组的电感值进入上升区，闭合该相下桥臂开关管，该相绕组开始励磁，其余各相绕组重复步骤(2)?(4)。
2.根据权利要求1所述的单绕组多相磁悬浮开关磁组发电机不对称励磁方法，其特征在于，在电源母线电压励磁过程中绕组从母线吸收能量；零电压励磁过程中依靠剩磁励磁；励磁结束则通过DC链路续流。
3.根据权利要求1所述的单绕组多相磁悬浮开关磁组发电机不对称励磁方法，其特征在于，整个励磁过程主电路的母线为直流电源连接绕组的线路；DC链路为并联各独立绕组的续流回路；DC链路电容器在励磁阶段吸收母线电流，励磁结束和并联绕组一起为负载供电。
4.根据权利要求1所述的单绕组多相磁悬浮开关磁组发电机不对称励磁方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一相绕组phsase-1、phsase_2、phsase_3、phsase-4的励磁时间相同，所吸收的励磁能量也相同。
5.根据权利要求1所述的单绕组多相磁悬浮开关磁组发电机不对称励磁方法，其特征在于，步骤(4)中，前、后相绕组同时励磁的时间即为补偿悬浮力和励磁能量的时间。
【专利摘要】本发明公开一种单绕组多相磁悬浮开关磁组发电机不对称励磁方法，包括(1)将开关磁阻发电机主电路的负载、二极管、开关管、电容按不对称半桥结构并联；(2)启动阶段在电源母线电压励磁过程中，适时打开关断第一相上桥臂开关管及第一相下桥臂开关管；(3)建立稳定的输出电压后，在零电压励磁过程中，通过缩短和延长空转时间控制悬浮力增加和减小；(4)空转结束打开第一相下桥臂开关管，绕组通过DC链路续流；同时后一相绕组的电感值进入上升区，闭合该相下桥臂开关管，该相绕组开始励磁，其余各相绕组重复步骤(2)～(4)。本发明通过缩短和延长空转励磁区间实现一相内的不对称励磁，允许励磁部分有重叠时间以补偿悬浮力和励磁能量。
【IPC分类】H02P25-08, H02P6-08
【公开号】CN104638990
【申请号】CN201510065478
【发明人】朱志莹, 孙玉坤, 杨凯
【申请人】南京工程学院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月6日