多軸磁軸承和對具有主動開關拓撲的磁軸承的控制的制作方法

多軸磁軸承和對具有主動開關拓撲的磁軸承的控制的制作方法
【專利摘要】一種磁軸承系統包括：第一主動磁軸承(AMB)，其包括耦合到軸的第一組電磁致動器；第二主動磁軸承(AMB)，其包括耦合到所述軸的第二組電磁致動器；控制器，其包括具有用于控制所述第一AMB和所述第二AMB中的每一個的多個主動電流開關的三相控制電路；其中所述第一AMB的第一電磁致動器電耦合到所述第二AMB的第二電磁致動器，所述第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到所述控制電路的兩個相腳；且其中所述控制器可操作以接收指示所述轉子軸的位置的信息，并且向所述磁軸承系統提供調整信號以調整所述軸的所述位置。
【專利說明】多軸磁軸承和對具有主動開關拓撲的磁軸承的控制發明領域
[0001]實施方案一般涉及用于住宅區或光照商業區制熱和制冷應用的制冷劑蒸汽壓縮系統，且更具體而言，涉及一個或多個多軸主動磁軸承(AMB)和對連接到制冷劑蒸汽壓縮系統的轉子軸的AMB的控制。
[0002]相關技術描述
[0003]在暖通空調(HVAC)行業中的傳統的離心壓縮機使用轉子軸承和液體動壓軸承，二者均消耗功率、需要燃油和潤滑系統。這些HVAC應用中，已引入避免有關燃油和功率消耗問題的陶瓷轉子軸承。陶瓷轉子軸承不適用于速度超過每分鐘30，000轉數(rpm)的壓縮機，因為這些軸承在高rpm下產生過多熱量。齒輪以高rpm運轉并通常用來替代陶瓷轉子軸承。雖然齒輪是行之有效的技術，但它們需要更多的潤滑、產生過度噪音和振動并且消耗更多功率。
[0004]在工業應用中，AMB已被廣泛用作傳統潤滑軸承的替代。AMB的這些工業應用使機器因為最小摩擦力而能夠以非常高的速度旋轉。然而，包括其控件的這些AMB的高成本已限制了磁軸承的大規模實施，尤其是在HVAC行業內。通常，利用具有不同拓撲的功率放大器來提供通電電流以控制AMB。但是，因為在這些AMB中使用更多線圈，所以需要額外的功率放大器和相關驅動器和傳感器電路來實施控制算法。額外的功率放大器使得實施AMB拓撲更加昂貴和復雜。一種具有用于控制AMB的減少數量的開關的改良拓撲將在本領域中廣受好評。
發明概要
[0005]根據本發明的一個方面，一種包括冷凝器、膨脹閥、蒸發器和耦合到多軸磁軸承系統的壓縮機的制冷劑蒸汽壓縮系統，其包括:電動機，其經由轉子軸操作地耦合到壓縮機；多軸磁軸承系統，其包括具有第一組電磁致動器的第一主動磁軸承(AMB)，第一主動磁軸承電耦合到具有第二組電磁致動器的第二 AMB ;和控制器，其包括三相控制電路，三相控制電路具有用于控制第一 AMB和第二 AMB中的每一個的多個主動電流開關；其中第一 AMB的第一電磁致動器電耦合到第二 AMB的第二電磁致動器，第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到控制電路的兩個相腳；且其中控制器可操作以接收指示轉子軸的位置的信息，并且向磁軸承系統提供調整信號以調整轉子軸的位置。
[0006]根據本發明的另一方面，一種磁軸承系統包括:第一主動磁軸承(AMB),其包括率禹合到軸的第一組電磁致動器；第二主動磁軸承(AMB)，其包括耦合到軸的第二組電磁致動器；控制器，其包括三相控制電路，三相控制電路具有用于控制第一 AMB和第二 AMB中的每一個的多個主動電流開關；其中第一 AMB的第一電磁致動器電耦合到第二 AMB的第二電磁致動器，第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到控制電路的兩個相腳；且其中控制器可操作以接收指示轉子軸的位置，并且向磁軸承系統提供調整信號以調整軸的位置。
[0007]根據本發明的另一方面，一種用于控制在蒸汽壓縮系統中使壓縮機操作地連接到電動機的轉子軸的方法包括:接收指示第一主動磁軸承(AMB)的第一位置的信息，第一 AMB包括在第一位置處耦合到轉子軸的第一組電磁致動器；接收指示第二 AMB的第二位置的信息，第二 AMB包括在第二位置處耦合到轉子軸的第二組電磁致動器；以及提供與第一 AMB和第二 AMB中的每一個電通信的控制器；以及所述控制器生成信號以將轉子軸定位在第一位置或第二位置的至少一個處；其中控制器包括三相控制電路，三相控制電路具有用于控制第一 AMB和第二 AMB中的每一個的多個主動電流開關；且其中第一 AMB的第一電磁致動器電耦合到第二 AMB的第二電磁致動器，第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到控制電路的兩個相腳。
[0008]本發明的其它方面、特征和技術將從結合附圖進行的以下描述中變得更加顯而易見。
[0009]附圖簡述
[0010]現參考附圖，其中相似的元件在附圖中編號相同:
[0011]圖1描繪根據本發明的實施方案的包括磁軸承系統的制冷劑蒸汽壓縮系統的示意圖；
[0012]圖2描繪根據本發明的實施方案的耦合到磁軸承系統的轉子軸的示意性透視圖；
[0013]圖3描繪根據本發明的實施方案的將AMB耦合到轉子軸的方法的示意圖；
[0014]圖4A描繪根據本發明的實施方案的用于將電流開關連接到磁軸承系統的電路拓撲；
[0015]圖4B描繪根據本發明的實施方案的用于將電流開關連接到磁軸承系統的替換電路拓撲；
[0016]圖5描繪根據本發明的實施方案的用于控制磁軸承系統的控制算法的示意圖；以及
[0017]圖6描繪根據本發明的實施方案的二級六開關電路拓撲。

【具體實施方式】
[0018]實施方案包括蒸汽壓縮型HVAC系統，其包括用于支撐轉子軸的多軸AMB。轉子軸將壓縮機連接到電動機并受AMB約束，AMB接收一個或多個通電信號以調整轉子軸的徑向位置。在示例性實施方案中，AMB可包括具有單向主動電流開關的簡化開關多相電路拓撲。具有多相電路拓撲的本示例性實施方案減少了用于約束轉子軸的徑向位置的二極管和開關的數量。HVAC系統還包括具有用于實施控制算法的處理器的控制器，所述控制算法用于控制用來控制AMB中的線圈以調整轉子軸的位置的偏置電流。
[0019]現參考附圖，圖1圖示根據本發明的實施方案的包括具有耦合到壓縮機102的轉子軸206 (圖2)的變速電動機118的示例性制冷劑蒸汽壓縮系統100。轉子軸由磁軸承系統120支撐，磁軸承系統120包括多個AMB 202,204(圖2中示出)。壓縮機102包括葉輪/轉子，其將液態制冷劑旋轉且壓縮成過熱的制冷劑蒸汽以遞送到冷凝器104。在冷凝器104中，制冷劑蒸汽在高壓下液化，并將熱量排出到室外空氣(例如，經由冷凝器風扇)。通過膨脹閥106將退出冷凝器104的液態制冷劑遞送到蒸發器108。制冷劑傳遞通過膨脹閥106，其中壓力降導致高壓液態制冷劑實現液體和蒸汽的低壓組合。在實施方案中，膨脹閥106可以是用于控制制冷劑的過熱度的恒溫膨脹閥或電子膨脹閥。當室內空氣通過蒸發器108 (例如，經由蒸發器風扇)時，低壓液態制冷劑蒸發，吸收來自室內空氣的熱量，從而冷卻空氣并蒸發制冷劑。再將低壓制冷劑遞送到壓縮機102，其中所述制冷劑被壓縮成高壓、高溫氣體，并被遞送到冷凝器104以再次開始制冷循環。應理解，雖然在圖1中示出特定的制冷系統，但是本教導適用于任何制冷系統，包括熱泵、HVAC和冷卻系統。在熱泵中，在冷卻模式期間，所述過程和上述過程相同。在加熱模式下，分別使用在冷卻模式下充當蒸發器和冷凝器的冷凝器和蒸發器來逆轉循環。
[0020]圖1中還示出，蒸汽壓縮系統100包括由變速電動機118通過變頻驅動114來驅動的壓縮機102。在實施方案中，變頻驅動114可以是變頻驅動(VFD)或無刷DC電動機(BLDC)驅動。具體而言，變頻驅動114可操作地耦合到壓縮機102，以及從電源110接收交流電(AC)電功率(例如，480V/60HZ下的三相AC線路功率)且將線路116上的電功率輸出到變速電動機118。變速電動機118與壓縮機102共享同一個軸。變速電動機118提供機械功率以旋轉軸且在壓縮機102內壓縮制冷劑。轉子軸受磁軸承系統120約束，磁軸承系統120包括用于將轉子軸保持在適當位置的多個AMB 202,204(圖2中示出)。轉子軸徑向受磁軸承系統120生成的漂浮磁墊約束。在轉子軸漂浮后，不存在結構傳播振動，因為磁軸承系統120創建的空氣緩沖器阻止電動機118將振動傳輸到系統100。在實施方案中，磁軸承系統120可包括位置傳感器，其用于沿轉子軸的多個徑向檢測磁力支撐的轉子軸的徑向位置。磁軸承系統120包括磁軸承控制器122，其接收指示轉子軸的位置和轉子速度的信息，并且經由AMB 202、204(圖2)提供調整信號以調整其位置。磁軸承控制器122包括用于實施用于控制調整轉子軸的位置所需的一個或多個主動電流開關的算法的處理器。開關選擇性地產生磁偏置電流以激勵磁軸承系統120的每個AMB202、204中的線圈。對線圈的激勵基于由位置傳感器檢測到的轉子軸在X方向和y方向上的位置的實際值而調整轉子軸在X方向和y方向(圖2)上的徑向位置。應理解，在不脫離本發明的范圍的情況下，磁軸承系統120還可以與利用轉子軸的其它旋轉機器一起使用。在實施方案中，變速電動機118可集成在含有壓縮機102的殼體內。
[0021]變頻驅動114包括固態電子器件以調制線路116上的電功率的頻率。在實施方案中，變頻驅動114使用整流器將從電源110接收的AC電功率從AC轉換成直流(DC)，并隨后使用變頻器在所需的脈沖寬度調制(PWM)頻率下將電功率從DC轉換成PWM信號，以便以與PWM DC頻率相關的電動機速度驅動電動機118。例如，變頻驅動114可直接使用全波整流器電橋來整流電功率，并且隨后可使用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或晶體閘流管來削減電功率以實現所需的PWM頻率。在實施方案中，其它合適的電子組件可用來調制來自電源110的電功率的頻率。進一步地，控制單元112包括處理器，所述處理器用于執行算法以控制在線路116上傳遞到電動機118的PWM頻率。通過調制在線路116上傳遞到電動機118的電功率的PWM頻率，控制單元112從而控制電動機118施加在離心壓縮機102上的扭矩，從而控制其速度，且因此控制壓縮機102的容量。
[0022]圖2至圖3描繪根據本發明的實施方案的具有用于支撐轉子軸206 (圖2)的四個軸的示例性磁軸承系統120。在其它非限制性實施方案中，在不脫離本發明的范圍的情況下，還可使用多軸磁軸承系統。在圖2至圖3中示出的實例中，轉子軸206(圖2)通過AMB202,204的定子，所述定子跨X軸和y軸施加偏轉力，以便調整轉子軸206的位置。還示出，彼此垂直的兩個徑向控制軸中的一個被設為X軸，而另一個被設為y軸。在圖2中具體示出，磁軸承系統120包括由第一主動磁軸承202 (下文稱為“AMB 202” )和第二主動磁軸承204(下文稱為“AMB 204”)支撐的轉子軸206。在實施方案中，每個AMB202、204被示出為具有提供四軸AMB的四個電磁體。但是，在另一實施方案中，在不脫離其范圍的情況下，多軸磁軸承系統可與以下描述的架構一起實施。每個AMB 202、204包括布置在定子上的同軸對準的線圖。在四軸AMB系統120中，磁軸承202、204接收用于通電線圈的偏置電流，以沿AMB 202,204的x軸和y軸(即，沿徑向)對轉子軸206施加位移力。
[0023]圖3描繪具有分別在X方向和y方向上對轉子軸206 (圖2)施加力的四個電磁致動器306,310,314和318的AMB 202，x方向和y方向彼此相互垂直。致動器306、310、314、318中的每一個包括在極靴或軛上具有雙線圈繞組的電磁體。致動器306、310、314、318耦合到用于放大提供到電磁體中的線圈的電流的多個主動電流開關。此外，主動電流開關施加力以控制轉子軸206 (圖2)在X方向和y方向上的位移。致動器306、310、314、318將兩個繞組I禹合在一起以在X方向和y方向上施加力。具體而言，致動器306 I禹合到X1+和X2+處的線圈繞組，致動器310耦合到yi+和y2+處的線圈繞組，致動器314耦合到X1-和X2-處的線圈繞組，以及致動器318耦合到y1-和y2-處的線圈繞組。
[0024]類似地，第二磁徑向軸承204包括用于分別在X方向和y方向上施加力的四個致動器308、312、316、320，x方向和y方向彼此相互垂直。致動器308、312、316、320中的每一個包括在極靴或軛上具有繞組的電磁體，其中致動器308、312、316、320耦合到用于在x方向和y方向上施加力的主動電流開關。具體而言，致動器308耦合到X3+和X4+處的線圈繞組，致動器312耦合到y3+和y4+處的線圈繞組，致動器316耦合到X3-和X4-的線圈繞組，以及致動器320耦合到y3-和y4-處的線圈繞組。在實施方案中，致動器306至320是磁阻型致動器，其從主動電流開關接收用于通電致動器306至320中的電磁體的偏置電流，這導致在X方向和y方向上的位移。進一步地，在一個非限制性實施方案中，通過簡化開關多相電路拓撲將AMB 202中的線圈耦合到AMB 204的相對線圈。具體而言，致動器306中的線圈耦合到致動器316中的線圈，致動器310中的線圈耦合到致動器320中的線圈，致動器314中的線圈耦合到致動器308中的線圈，以及致動器318中的線圈耦合到致動器312中的線圈，如參考圖4示出和描述。應理解，AMB 202與AMB 204的耦合向磁軸承系統120所需的控制方案提供額外的自由度，由此使用通用控制命令來同時通電耦合在一起的致動器，并使用不同的通用控制命令來同時斷電耦合在一起的致動器。
[0025]圖4A描繪根據本發明的實施方案的用于控制AMB 202、204 (圖2至圖3)中的線圈的簡化開關多相電路拓撲400。在實施方案中，多相電路拓撲400可在控制器122中實施。電路拓撲400包括將致動器306中的線圈耦合到致動器316中的線圈的主動電流開關402、404、406。類似地，主動電流開關428、430、432將致動器310中的線圈耦合到致動器320中的線圈，開關434、436、438將致動器314中的線圈耦合到致動器308的線圈，且主動電流開關440、442、444將致動器312中的線圈耦合到致動器318中的線圈。主動電流開關402至406,428至432、434至438和440至444形成將偏置電流提供給磁軸承系統120的磁阻型致動器。在實施方案中，主動電流開關402至406、428至432、434至438和440至444是IGBT，但是MOSFET或其它類型的高電壓功率放大器可用于其它實施方案中。在示出并實施用于相位418、420、422的非限制性實例中，簡化開關拓撲400包括連接到三個相位418、420和422中的一個的三個高電壓的雙向主動電流開關402、404和406和三個二極管412、414和416。具體而言，主動電流開關402和二極管412在第一相418中串聯連接到正DC電壓軌424和DC接地426。插入二極管412，其陽極連接到DC接地426 (即，二極管412位于其傳導方向上)。類似地，主動電流開關404和二極管414在第二相420中串聯連接到正DC電壓軌424和DC接地426，其中在與二極管412的相反方向上插入二極管414，且主動電流開關406和二極管416在第三相422中串聯連接到正DC電壓軌424和DC接地426，其中在與二極管412的相同方向(即，在正電流的方向)上插入二極管416。設計400還包括連接到相位418和相位420的致動器306，和連接到相位420和相位422的致動器316。在電子術語中，致動器306、316可基本上由大電感表示。此外，通過調制技術，如脈沖寬度調制(PWM)驅動主動電流開關402、404、406，以便產生選通脈沖以定期打開和關閉主動電流開關402、404、406，并且通過每個開關420、404、406控制時間平均電流。
[0026]類似地，主動電流開關428、430、432使用二極管452、454、456沿相位446、448、450將致動器310中的線圈耦合到致動器320中的線圈；開關434、436、438使用二極管464、466,468沿相位458、460、462將致動器314中的線圈耦合到致動器308中的線圈；以及主動電流開關440、442、444使用二極管476、478、480沿相位470、474、476將致動器312中的線圈耦合到致動器318的線圈。
[0027]在實施方案中，通過打開(諸如)例如主動電流開關402的開關來控制磁軸承系統120以通過使電流流動通過主動電流開關402并進入致動器306而通電致動器306。應理解，可通過PWM技術采用用于控制主動電流開關402至406、428至432、434至438和440至444的控制方案，所述控制方案在約1KHz到約20KHz (其為小于系統100的機械時間常數的時間常數)下打開和關閉主動電流開關402至406、428至432、434至438和440至444。
[0028]下文描述了參考圖4A的示例性操作，所述示例性操作用于通電和斷電耦合到相位418、420、422的致動器306、316，以在x方向和y方向上施加徑向偏轉力。首先，關閉所有三個主動電流開關402、404、406。在第一循環中，通電連接到X1+和X2+ (即，致動器306)的線圈以使軸206(圖2)朝X1+方向和X2+方向偏轉。為了通電致動器306，同時打開主動電流開關402、404，而關閉主動電流開關406。在這個狀態下，電流從正DC電壓軌424流入相位418的主動電流開關402、流入致動器306、流入相位420的主動電流開關404、并且流入DC接地426。致動器306用作大電感，S卩，致動器306中的電流將逐漸增強。一旦達到所需的偏置電流，則關閉主動電流開關402，以使致動器306中的線圈斷電，并且控制X1+方向和X2+方向上的偏轉。電流現通過剩余的閉合主動電流開關404、致動器306和二極管412流入閉合回路中。可通過打開主動電流開關402、404來增大電流，或通過關閉主動電流開關402來減小電流，以便調節致動器306中的電流并在X1+和X2+中施加偏轉力。類似地，還可以控制致動器316中的電流。為了在第一循環中使連接到X3-和X4-的線圈通電，同時打開主動電流開關406、404，而關閉主動電流開關402。在這個狀態下，電流從正DC電壓軌424流入相位422的主動電流開關406、流入X4-和X3-(即，致動器316)、流入相位420的主動電流開關404、并流入DC接地426。致動器316用作大電感，即電流在致動器316中將逐漸增強。一旦達到所需的偏置電流，則關閉主動電流開關406，以使致動器316中的線圈斷電。電流現通過剩余的閉合主動電流開關404、二極管416和致動器316流入閉合回路中。可通過打開主動電流開關406、404來增大電流，或通過關閉主動電流開關406來減小電流，以便調節致動器316中的電流。類似地，在其它實施方案中，可使用上述使用主動電流開關428、430、432和二極管452、454、456的方法來控制致動器310、320 ;可使用主動電流開關434、436、438和二極管464、466、468來控制致動器314、308 ；以及可使用主動電流開關440、442、444和二極管476、478、480來控制致動器312、318。在約20KHz的切換頻率下調節線圈中的電流時，發生打開和關閉事件。
[0029]圖4B描繪用于控制AMB 202、204 (圖2至圖3)中的線圈的簡化開關多相電路拓撲450的替換實施方案，而所有其它方面與參考圖4A描述的那些保持不變。在關于相位452a、454a、456a的一個非限制性描述的實例中，電流拓撲450包括各自主動電流開關458a、460a、462a。主動電流開關458a、460a、462a將致動器312中的線圈耦合到致動器318中的線圈。此外，簡化開關拓撲450a包括分別連接到三個相位452a、454a、456a中的一個的三個二極管464a、466a、468a。如示出，兩個主動電流開關458a、462a直接電耦合到DC接地426，以及主動電流開關460a直接耦合到正DC電壓軌424。與示出為參考圖4A描述的實施方案類似，通過調制技術，如脈沖寬度調制(PWM)驅動主動電流開關458a、460a、462a，以產生選通脈沖以定期打開和關閉主動電流開關458a、460a、462a，并且通過每個開關458a、460a、462a控制時間平均電流。
[0030]圖5圖示根據本發明的實施方案的由通過用于控制磁軸承系統120(圖2)的磁軸承控制器122實施的控制算法500的示意圖。磁軸承控制器122實施適應性地控制激勵電流以便使在其活動區中的致動器306至320(圖3)通電并避免“負電流”的算法500。控制器122包括用于執行存儲在計算機可讀介質中的指令的預編程微處理器。在實施方案中，計算機可讀介質可以是R0M、EPR0M或其它合適的數據存儲設備。激勵電流包括偏置電流和控制電流。為了便于解釋，主動電流注入方法將參考用于控制致動器306、316(圖4A)中的通電電流的簡化開關多相拓撲400進行描述。應理解，雖然控制算法的方面參考電路來描述，但是算法500可以由微處理器的軟件來實施，以提供關于磁軸承系統120的控制信號。
[0031]在實施方案中，在線路502上從耦合到AMB 202、204的位置傳感器(未示出)接收輸出電壓信號。電壓信號表不轉子206沿xl+、x2+、x3-、和x4-方向的實際位置。電壓信號由系統500過濾并被發送到比較器504。比較器506將過濾的電壓信號與位置參考值504進行比較，以產生應用到控制電路的誤差值。在一個非限制性實施方案中，可使用比例積分微分(PID)電路508，但是還可利用其它類似電路。PID電路508的輸出是提供到電路路徑510、512的控制電流。電路路徑510表示用于控制相位418 (圖4A)中的開關402的路徑，而電路路徑表示用于控制相位422 (圖4A)中的開關406的路徑。在加法器電路516中將來自PID 508的控制電流添加到偏置電流值514，而在減法器電路518中將來自PID 508的控制電流從偏置電流值514減去。在比較器522中將來自加法器516的輸出值與反饋電流520進行比較，而在比較器526中將來自減法器電路518的輸出值與反饋電流524進行比較。反饋電流520、524表示傳遞通過各自相位418、422(圖4么)的總比例電流，其包括偏置電流和控制電流。將來自比較器522的誤差信號發送到PID 528，而將來自比較器526的誤差信號發送到PID 530。PID 528、530輸出在各自相位418、422(圖4么)中控制各自開關402、406的控制電壓以激勵致動器306、316(圖4A)。此外，將來自PID 528、530的輸出電壓發送到比較器電路532，其確定將比例因子α施加到來自PID 528、530的輸出電壓。比例因子α在致動器306、316(圖4Α)之間實現全耦合，并增加磁軸承系統120的帶寬。比較器電路532將其輸出發送到增益放大器534并發送到第二衰減器536，其根據表達式(I)確定相位418、420、422(圖4A)中的電流值和比例因子α:
[0032]b = - a (S) * (a+c) (I)
[0033]其中:
[0034]a (S)=比例因子；
[0035]b =相位420 (圖4A)中的電流；
[0036]a =相位418 (圖4A)中的電流；
[0037]c =相位422 (圖4A)中的電流；以及
[0038]O < α ⑶ < I。
[0039]在接收來自PID 528、530的電壓和來自衰減器536的比例因子a (S)之后，三相電流控制器538通過分別輸出具有傳遞函數Vl (s)、v2 (s)的控制電壓540、542來控制相位418、420、422中相應的電流。控制電壓540、542根據用于傳遞函數vl (s)、v2 (s)的表達式
(2)和(3)來控制各自的致動器306、316(圖4A):
[0040]
,? 允 + Ls X、電流 f s )/i J + 2?^? S ))/偏置 + /1
ν!( ,V} =.............................................................................................................................................；..........................................；:-；................................................................................................; (2)
本 / ^ -4- / *4- ^ /Yf K )
[0041]
,,I — f.況 + /土 )(-電流 f a' Ji?" / + 2m S )jf偏置-1I ’
K ‘ L.、+ i + 2 (Ji S }
[0042]圖6描繪用于控制具有參考圖5論述的算法500的AMB 202,204中的線圈的簡化開關多相電路拓撲600的替代實施方案。在關于相位602的一個非限制性描述的實例中，電路拓撲600包括分別串聯連接到正DC軌622和接地624的主動電流開關608、610。類似地，開關612、614串聯連接到相位604 ;以及開關616、618串聯連接到相位606。主動電流開關608、610、612、614耦合到致動器202，而主動電流開關612、614、616、618耦合到致動器204。與參考圖4A示出和描述的實施方案類似，通過調制技術，如脈沖寬度調制(PWM)驅動主動電流開關608至618，以產生選通脈沖以定期地打開和關閉主動電流開關608至618，并通過每個開關608至618控制時間平均電流。還應理解，簡化開關多相電路拓撲600在H橋電路拓撲上需要減少數量的主動開關，以便控制磁軸承系統120 (圖2)，同時還優化軸承剛度且防止磁軸承系統120中出現負電流。
[0043]示例性實施方案的技術效果和益處包括利用用于將支撐壓縮機與電動機連接的軸的多軸磁軸承系統的蒸汽壓縮型HVAC系統。多軸磁軸承系統可包括具有單向主動電流開關和二極管的簡化開關多相電路設計，以便減少使用的二極管和開關的數量。此外，提供控制算法以由用于控制用來控制磁軸承系統的致動器中的線圈的偏置電流的控制器執行。
[0044]本文使用的術語是僅用于描述特定實施方案的目的，且不旨在限制本發明。雖然對本發明的描述已被提供用于說明和描述的目的，但是不旨在詳盡的或限于公開的實施方案。參考壓縮機和蒸汽壓縮系統描述了示例性實施方案，但是本發明的實施方案不應被認為限制于此。在不脫離本發明的范圍和精神的情況下，本領域的普通技術人員將顯而易知未描述的許多修改、變化、改變、替代或等效布置。此外，雖然已參考壓縮機和蒸汽壓縮系統來描述本發明的各種實施方案，但是應理解，本發明的方面不應被認為受限于此類參考。因此，本發明不被視為由前述描述定義，而由所附權利要求的范圍進行闡述。
【權利要求】
1.一種包括冷凝器、膨脹閥、蒸發器和耦合到多軸磁軸承系統的壓縮機的制冷劑蒸汽壓縮系統，其包括: 電動機，其經由轉子軸操作地耦合到所述壓縮機； 所述多軸磁軸承系統，其包括具有第一組電磁致動器的第一主動磁軸承(AMB)，所述第一 AMB電耦合到具有第二組電磁致動器的第二 AMB ;和 控制器，其包括三相控制電路，所述三相控制電路具有用于控制所述第一 AMB和所述第二 AMB中的每一個的多個主動電流開關； 其中所述第一 AMB的第一電磁致動器電耦合到所述第二 AMB的第二電磁致動器，所述第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到所述控制電路的兩個相腳；且 其中所述控制器可操作以接收指示所述轉子軸的位置的信息，并且向所述磁軸承系統提供調整信號以調整所述轉子軸的所述位置。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一組電磁致動器控制所述轉子軸在所述轉子軸的第一長度處的位置，以及所述第二組電磁致動器控制所述轉子軸在所述轉子軸的第二長度處的位置。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述三相控制電路包括主動電流開關，所述主動電流開關耦合到來自所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的一組的至少一個電磁致動器。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述三相控制電路包括串聯電耦合到相腳上的二極管和電磁致動器的主動電流開關。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述三相控制電路包括串聯電耦合到相腳上的電磁致動器的兩個主動電流開關。
6.根據權利要求1所述的系統，其還包括接收激勵電流以通電所述至少一個電磁致動器的主動電流開關。
7.根據權利要求1所述的系統，其還包括主動電流開關，所述主動電流開關電連接到正DC電壓電平、二極管和來自所述第一組電磁致動器的電磁致動器。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器被配置用于通電來自所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的一組的至少一個電磁致動器。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器被配置用于控制施加到所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器的至少一個電磁致動器的偏置電流。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述控制器被配置用于縮放所述偏置電流。
11.一種磁軸承系統，其包括: 第一主動磁軸承(AMB)，其包括耦合到軸的第一組電磁致動器； 第二主動磁軸承(AMB)，其包括耦合到所述軸的第二組電磁致動器； 控制器，其包括三相控制電路，所述三相控制電路具有用于控制所述第一 AMB和所述第二 AMB中的每一個的多個主動電流開關； 其中所述第一 AMB的第一電磁致動器電耦合到所述第二 AMB的第二電磁致動器，所述第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到所述控制電路的兩個相腳；且 其中所述控制器可操作以接收指示所述轉子軸的位置的信息，并且向所述磁軸承系統提供調整信號以調整所述軸的所述位置。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述第一組電磁致動器控制所述軸在所述軸的第一長度處的位置，以及所述第二組電磁致動器控制所述軸在所述軸的第二長度處的位置。
13.根據權利要求11所述的系統，其中所述三相控制電路包括主動電流開關，所述主動電流開關耦合到來自所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的一組的至少一個電磁致動器。
14.根據權利要求11所述的系統，其中所述三相控制電路包括串聯電耦合到相腳上的二極管和電磁致動器的主動電流開關。
15.根據權利要求11所述的系統，其中所述三相控制電路包括串聯電耦合到相腳上的電磁致動器的兩個主動電流開關。
16.根據權利要求11所述的系統，其還包括接收激勵電流以通電所述至少一個電磁致動器的主動電流開關。
17.根據權利要求11所述的系統，其還包括主動電流開關，所述主動電流開關電連接到正DC電壓電平、二極管和來自所述第一組的電磁致動器。
18.根據權利要求11所述的系統，其中所述控制器被配置用于通電來自所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的一組的至少一個電磁致動器。
19.根據權利要求11所述的系統，其中所述控制器被配置用于控制施加到所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器的至少一個電磁致動器的偏置電流。
20.根據權利要求19所述的系統，其中所述控制器被配置用于縮放所述偏置電流。
21.一種用于控制在蒸汽壓縮系統中將壓縮機操作地連接到電動機的轉子軸的方法，其包括: 接收指示第一主動磁軸承(AMB)的第一位置的信息，所述第一 AMB包括在所述第一位置處耦合到所述轉子軸的第一組電磁致動器； 接收指示第二 AMB的第二位置的信息，所述第二 AMB包括在所述第二位置處耦合到所述轉子軸的第二組電磁致動器；以及 提供與所述第一 AMB和所述第二 AMB中的每一個電通信的控制器；以及 所述控制器生成信號以將所述轉子軸定位在所述第一位置或所述第二位置的至少一個處； 其中所述控制器包括三相控制電路，所述三相控制電路具有用于控制所述第一 AMB和所述第二 AMB中的每一個的多個主動電流開關；且 其中所述第一 AMB的第一電磁致動器電耦合到所述第二 AMB的第二電磁致動器，所述第一和第二電磁致動器中的每一個耦合到所述控制電路的兩個相腳。
22.根據權利要求21所述的方法，其還包括使用所述第一組電磁致動器控制所述轉子軸在所述轉子軸的第一長度處的徑向位置，并且使用所述第二組電磁致動器控制所述轉子軸在所述轉子軸的第二長度處的徑向位置。
23.根據權利要求21所述的方法，其中提供所述控制器還包括提供三相控制電路，所述三相控制電路包括耦合到來自所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的一組的至少一個電磁致動器的主動電流開關。
24.根據權利要求21所述的方法，其中提供所述控制器還包括提供三相控制電路，所述三相控制電路包括串聯電耦合到相腳上的二極管和電磁致動器的主動電流開關。
25.根據權利要求21所述的方法，其中提供所述控制器還包括提供三相控制電路，所述三相控制電路具有串聯電耦合到相腳上的電磁致動器的兩個主動電流開關。
26.根據權利要求25所述的方法，其中提供所述控制電路還包括提供主動電流開關，所述主動電流開關被配置用于接收激勵電流以通電所述至少一個電磁致動器。
27.根據權利要求25所述的方法，其中提供所述控制電路還包括提供主動電流開關，所述主動電流開關電連接正DC電壓電平、二極管和來自所述第一組的電磁致動器。
28.根據權利要求21所述的方法，其中所述控制器生成所述信號包括通電來自所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的一組的至少一個電磁致動器。
29.根據權利要求21所述的方法，其中所述控制器生成所述信號包括控制施加到所述第一組電磁致動器或所述第二組電磁致動器中的至少一個電磁致動器的偏置電流。
30.根據權利要求29所述的方法，其中所述控制器縮放所述偏置電流。
【文檔編號】F25B31/02GK104204569SQ201380018453
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年4月3日 優先權日:2012年4月4日
【發明者】P.克施爾薩加, P.顏 申請人:開利公司