避免了全桥桥臂中的直通 问题，提高了驱动系统的可靠性。
[0023] 本发明的技术方案：旋转控制器产生的参考电流转换到A、B、C=相之后，与悬浮 控制器输出的控制电流通过电流运算加减器相加减并叠加直流偏置电流，得到六个绕组电 流的参考值。将该参考值对应的合成电流通过驱动模块注入到每个绕组中，其中，驱动模块 包括与绕组相连的驱动电力电子电路，W及与驱动电力电子电路相连的电流控制器，从而 实现旋转和悬浮的合成控制。
[0024] 如图1所示按照本发明其中一个实施例实现的电机绕组和驱动控制系统，WS相 电机为例，共有Al、A2、Bl、B2、Cl、C2六组绕组，每对齿的磁链通过转子2较链回来，相对两 组绕组的电流之差产生的电磁力产生此方向上对转子的悬浮力，相对两组绕组的共同交流 电流产生此相所在的旋转力。 阳0巧]如图2所示，为按照本实施例实现的驱动控制系统采用电流叠加的原理实现统一 控制，通过速度控制器4产生dq轴参考电流id*和iq*，通过dq-油C坐标变换模块5转换 到油C坐标系下的旋转参考电流ia*，ib*和ic*，同时，通过位置控制器6调节U、V两轴的 等效悬浮控制电流参考值iu*和iv*来控制U、V两轴的悬浮，通过2/3坐标变换模块7转 换到油C坐标系下得到悬浮控制电流参考值ia_s*，ib_s*和ic_s*。
[0026] 通过偏置电流与旋转参考电流相加，再与悬浮控制电流相加减，得到六个绕组中 的参考电流 iAl*，iA2*，iBl*，iB2*，iCl* 和 iC2*。
[0027] WiAl*和iA2*为例，其相同的部分是ia*与偏置电流之和，相差部分等于两倍的 悬浮控制电流参考值，因此A相旋转力由ia*实现，悬浮力由ia_s*实现。由于ia*是由速 度调节输出电流转换到A相的交流电流，其功能是实现旋转力；ia_s*是由位置控制器输出 的参考电流，其功能是实现悬浮力。其中，经过上述步骤处理之后的参考电流的值的转变过 程如下公式所示：
[0031] 如图3所示，是按照本实施例实现的每个绕组对应一个半桥式电力电子驱动电 路，该半桥式电力电子驱动电路包括两个开关管和四个二极管，可W控制电流单向流动。该 半桥式电力电子驱动电路包括两个桥臂8和9, 一侧桥臂8包括上端二极管连接下端开关 管，另一侧桥臂9包括上端开关管和下端二极管，两个桥臂中点10和11分别与绕组的两端 连接。由于图2所示的驱动控制系统保证了每个绕组的参考电流同方向，将该参考电流输 入驱动电路，从而半桥式电力电子驱动电路可W实现所需要的电流控制。与传统无轴承电 机电流双向流动所需要的全桥驱动电路相比，新型统一绕组无轴承电机驱动电路节省了一 半的开关管，并且避免了桥臂直通的故障风险，可靠性显著地提高。因为桥臂中只存在一个 开关管，在任何情况下，桥臂中都不会出现上下两管都导通的情况，因此桥臂短路的风险在 物理上得到了避免。
[0032] 如图4所示为按照本实施例实现的驱动控制系统的电流叠加示意图，在如图2所 示的驱动控制系统下，每个绕组的电流由两部分合成得到，首先是基于直流偏置电流的悬 浮电流，另外是基于正弦波的驱动电流，叠加后保持电流单向流动。从而按照该驱动电流来 对电机实现无轴承的控制。
[0033] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种统一绕组无轴承电机，其特征在于，该电机包括定子（1)和转子（2)，以所述定 子（1)上相邻的两个齿为一对，所述定子（1)每相占据在所述定子（1)圆周上相对的相差 180°的两对，一对上设置一组绕组，每相的两套绕组分别由驱动模块实现驱动，所述定子 (1)上还设置有用于测量所述转子（2)偏移位置的两个位置传感器，所述两个位置传感器 的位置相差90°相差位，所述电机还包括与所述驱动模块连接的驱动控制系统。2. 如权利要求1所述的统一绕组无轴承电机，其特征在于，所述绕组驱动电流由旋转 电流和悬浮电流组成，所述悬浮电流的直流偏置大于所述旋转电流。3. 如权利要求1或2所述的统一绕组无轴承电机，其特征在于，所述驱动控制系统包括 旋转控制器与悬浮控制器，所述旋转控制器包括依次相连的速度控制器（4)以及dq-abc坐 标变换器（5)，所述悬浮控制器包括依次相连的位置控制器（6)以及2/3坐标变换器（7)， 电流运算器分别于所述dq-abc坐标变换器（5)及所述2/3坐标变换器（7)相连，所述电流 运算器与所述驱动模块相连。4. 如权利要求3所述的统一绕组无轴承电机，其特征在于，所述驱动模块包括驱动电 力电子电路，所述驱动电力电子电路为一桥式电路，其包括两个桥臂（8, 9)，一侧桥臂（8) 包括连接的上端二极管及下端开关管，另一侧桥臂（9)包括连接的上端开关管及下端二极 管，所述两侧桥臂的中点（10, 11)分别与绕组的两端连接。5. -种实现如权利要求1-4中任意一项所述统一绕组无轴承电机的驱动系统的驱动 方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： (1) 所述速度控制器（4)产生dq轴参考电流id*和iq*，通过所述dq-abc坐标变换模 块（5)转换到abc坐标系下的旋转参考电流，同时，所述位置控制器（6)调节u、v两轴的等 效悬浮控制电流参考值iu*和iv*来控制u、v两轴的悬浮，通过所述2/3坐标变换模块（7) 转换到abc坐标系下得到悬浮控制电流参考值； (2) 所述电流运算器将所述旋转参考电流加上偏置电流，再与所述悬浮控制电流运算， 获得各个绕组中的参考电流从而输入驱动模块。
【专利摘要】本发明公开了一种统一绕组无轴承电机，其特征在于，该电机包括定子和转子，以定子上相邻的两个齿为一对，定子每相占据在定子圆周上相对的相差180°的两对，一对上设置一组绕组，每相的两套绕组分别由驱动模块实现驱动，定子上还设置有用于测量转子偏移位置的两个位置传感器，两个位置传感器的位置相差90°相差位，电机还包括与驱动模块连接的驱动控制系统。按照本发明实现的统一绕组无轴承电机及其驱动控制系统，组成结构简单，转子悬浮，无机械磨损，不需要机械轴承支撑，硬件结构简单，并且避免了桥臂直通的问题。
【IPC分类】H02P25/02, H02K11/21, H02P21/22, H02K3/28
【公开号】CN105391214
【申请号】CN201510745162
【发明人】蒋栋, 曲荣海, 李大伟
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月5日