科创中国

发明了多种磁悬浮轴承电力电子容错控制器及其容错控制方法：实现了电力电子器件的故障诊断和容错控制，在开路故障条件下保障了高速转子的稳定悬浮，显著改善了系统级故障容错能力，突破了其在高端应用的可靠性瓶颈。创新点2根据磁轴承中电磁力与电流方向无关的特点以及电力电子器件的失效模式，对创新点1中的各类拓扑创新性的构造电流反向运行的冗余工作模式，并基于电流的变化特征对故障状态和故障器件自动检测，进而实现器件失效时的容错运行。这一技术样机已应用于某基础研究重点项目600kW磁悬浮电机系统中，在容错切换过程，转子位置波动不超过保护轴承气隙的一半，并且迅速收敛到中心位置，实现稳定可靠悬浮。

发明了多种适用于磁悬浮轴承的电力电子拓扑结构及其控制方法：包括共桥臂和反向共桥臂控制器、四桥臂控制器以及串联绕组控制器，在保证控制性能的同时实现了器件数量和成本的显著降低，实现高功率密度集成。创新点1通过桥臂复用的思想发明了多种集成拓扑及其控制方法，这一系列创新拓扑也形成了我国在磁悬浮轴承控制器上的自主知识产权，获得了日内瓦国际发明博览会评审团特别嘉许金奖和湖北省高价值专利优秀奖。

主动磁悬浮轴承是高速旋转机械支承的最佳方案之一。磁悬浮轴承系统中，采用电力电子实现电磁力控制是一个核心技术。但是，目前磁悬浮轴承的研究领先者主要集中于欧美日发达国家。国内在以控制器等为代表的核心技术方面还有较大差距。面向集成化、可靠性和抗扰性的研究还有较大空间。具体而言，磁悬浮轴承控制器在技术上的瓶颈包括：1-传统多轴磁轴承控制器器件数量多，损耗大，故障点多且检测困难；2-电力电子器件失效后快速准确的故障诊断与智能化拓扑切换技术；3-转子不平衡带来明显的位置扰动。目前工业和国防应用中迫切需要拥有全自主知识产权的可靠稳定和高品质运行的磁轴承控制器。

华中科技大学, 株洲中车时代电气股份有限公司, 中国船舶集团有限公司第七一二研究所

本项目的成果在多家单位实现了落地应用。在磁悬浮轴承的两个主要应用领域：压缩机和储能电机，本项目成果支撑了国产一体化磁悬浮压缩机产品和国产飞轮储能磁悬浮技术（如图2、3），在近三年实现直接经济效益1.27亿元人民币，还实现了向跨国公司的磁悬浮压缩机技术出口。除此之外，本项目成果首次应用于国产五轴数控加工装备和高端医疗成像装备，是磁悬浮轴承的全新应用。本项目成果应用于国防装备基础研究，突破了特种应用领域的可靠性瓶颈。本项目所研发的先进磁悬浮轴承电力电子控制器及控制方法，广泛应用于工业和国防领域。以高性能制造为对象，取得的应用成果为未来产业升级做了重要的储备；以高端医疗为对象，具有面向人民生命健康的重要社会效益；以船舶旋转机械为对象，为国家安全领域也取得了重要的社会效益。

技术合作