一种统一绕组无轴承电机及其驱动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机及其控制领域，更具体地，设及一种统一绕组无轴承电机及其驱 动控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子与控制技术的发展，新型无轴承电机在近些年得到开发的应用，用 于摆脱对传统机械轴承的依赖。目前主要的无轴承电机采用的是旋转和悬浮两套绕组和独 立的驱动控制系统，和传统变频器驱动电机相比，由于采用了两套系统增加了控制系统的 硬件复杂度，同时由于定子槽内加入两套绕组，也降低了电机绕组应数，而目前新型的单绕 组多相磁悬浮轴承采用同一绕组，通过电流叠加的原理将悬浮力和旋转力进行合成，提高 了系统的集成度，但是采用运种结构的电机每个独立的绕组需要一个独立的H桥驱动，并 且存在桥臂直通的风险。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种统一无轴承电机及其驱 动控制系统，其目的在于将磁悬浮轴承的悬浮力电流和电机旋转用的=相（或者多相）驱 动电流集中在同一套绕组中，由此实现在硬件结构上更加简单、成本更低。
[0004] 本发明提供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，W 所述定子上相邻的两个齿为一对，所述定子每相占据在所述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，所述定子上还设 置有用于测量所述转子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。
[0005] 进一步地，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。
[0006] 进一步地，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W及dq-油C坐标变换器，所述悬浮控制器包括依次相连的位置 控制器W及坐标变换器，电流运算器分别于所述dq-油C坐标变换器及所述坐标变换器相 连，所述电流运算器与所述驱动模块相连。
[0007] 进一步地，所述驱动电力电子电路为一桥式电路，其包括两个桥臂，一侧桥臂包括 连接的上端二极管及下端开关管，另一侧桥臂包括连接的上端开关管及下端二极管，所述 两侧桥臂的中点分别与绕组的两端连接。
[0008] 本发明还公开了一种实现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：
[0009] (1)所述速度控制器产生dq轴参考电流id*和iq*，通过所述dq-油C坐标变换模 块转换到abc坐标系下的旋转参考电流，同时，所述位置控制器调节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坐标变换模块转换到油C 坐标系下得到悬浮控制电流参考值；
[0010] (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。
[0011] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：（1)绕组结构简单，容易制作；(2)转子悬浮，无机械磨损，不需要机械轴承支撑； (3)用同一套驱动电路实现悬浮和旋转控制，硬件结构简单；(4)控制保持电流单向流动， 采用半桥结构电路，电力电子器件成本降低；（5)半桥结构电路，避免了桥臂直通的问题。
【附图说明】
[0012] 图1是按照本发明实现的统一绕组无轴承电机的结构图（W=相12槽表贴式永 磁电机为例）；
[0013]图2是按照本发明实现的统一绕组无轴承电机的驱动控制系统的示意框图；
[0014] 图3是按照本发明实现的统一绕组中对应的半桥驱动电路的拓扑结构示意图；
[0015]图4是按照本发明实现的统一绕组中每个绕组的电流合成示意图。
[0016]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0017] 1-定子2-转子3-位移传感器4-速度控制器5-dq-油C坐标变换模块6-位置 控制器7-2/3坐标变换模块8-驱动器左侧桥臂9-驱动器右侧桥臂10-驱动器左侧桥臂 与绕组连接点11-驱动器右侧桥臂与绕组连接点
【具体实施方式】
[001引为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0019]本实施例中首先提供一种统一绕组无轴承的电机，该统一绕组无轴承电机本体包 括定子1、转子2和测量转子偏移中轴位置的两个相差90度位的位移传感器3。位移传感 器3按照如图1所示的位置放置可W得到转子在此二维平面上的位移，转换为模拟信号通 过屏蔽传输线和信号调理电路输入给驱动控制系统作为反馈位置信号，并且在两轴向上同 比分配转子重量。定子每相占据位置相对的两对齿，每对齿对应一组绕组。定子每相有两 套绕组在定子空间上相差180度放置，由两个半桥电路分别驱动。每绕组电流由旋转电流 和悬浮电流组成，悬浮电流的直流偏置大于旋转电流的峰值，W保证合成电流单向流动。
[0020] 如图2所示，本发明的目的还在于提供一种统一绕组无轴承电机及其驱动控制 系统，该驱动控制系统主要通过控制每套绕组的半桥电路来实现驱动，该控制系统主要包 括旋转控制器和悬浮控制器两个部分，其中旋转控制器包括依次相连的速度控制器4 W及 dq-油C坐标变换器5,悬浮控制器包括位置控制器6 W及与位置控制器6相连的坐标变换 器7, W及分别与dq-油C坐标变换器5及2/3坐标变换器7相连的电流运算器，其中经过电 流运算器的输出电流输入给每个半桥电路的电流控制器，从而将该合成电流注入到各个绕 组中实现控制。其中位置控制器6通过接收位移传感器3的反馈位置信号，产生位置控制 电流，最终实现位置闭环控制。
[0021] 通过上述的驱动控制系统的实现，通过电流的叠加，将磁悬浮轴承的悬浮力电流 和电机旋转用的=相（或者多相）驱动电流集中在同一套绕组中。并且在驱动控制系统的 控制中，磁悬浮偏置电流大于交流驱动电流峰值，保证在驱动控制中合成的电流方向不变。
[0022] 与传统的无轴承电机相比，按照本发明实现的电机采用统一绕组和驱动控制系 统，在硬件结构实现上简单，成本更低。并且由于电流叠加后保持同一电流方向，采用半桥 结构的电力电子驱动电路，由于采用更少的电力电子器件，有效