[发明专利]基于转子廓型和磁场耦合的电‑永磁转子系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁-永磁耦合驱动器系统辅助设计流程技术领域，具体地，涉及一种基于转子廓型和磁场耦合的电-永磁转子系统设计方法。

背景技术

在电-永磁耦合直接驱动器中，永磁转子的轮廓外型直接的影响驱动器输出的性能，因此需要制定一套设计转子轮廓的流程，来满足驱动器的特定输出要求。此外由于转子是藉由永磁体磁场与外加电磁场耦合产生力矩进行驱动，必须计算磁场耦合的结果。然而使用一般商业大型电磁学计算软件并不能快速地得到计算结果，求解时间长是目前商用软件的缺点，因此有必要提出一套对电磁场与永磁体磁场耦合计算的算法。最后由于控制需求，需要给出一种对电-永磁耦合直接驱动器的控制方法。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于转子廓型和磁场耦合的电-永磁转子系统设计方法，该方法是针对驱动器中永磁体转子的轮廓设计流程、快速求解电-永磁场耦合算法以及电磁-永磁耦合驱动器系统可行控制方式提出的，包括三大范畴：一是刚体力学部分，内容涉及转子轮廓的设计；二是电磁学部分，内容涉及磁场耦合快速算法；三是电流控制部分，内容涉及驱动机构的控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于转子廓型和磁场耦合的电-永磁转子系统设计方法，包括如下步骤：

步骤一，转子轮廓设计；

步骤二，磁场耦合快速算法；

步骤三，驱动机构的控制方法设计；

其中，

所述步骤一包括如下步骤：

步骤1.1，使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计；

步骤1.2，对步骤1.1输出的转子轮廓曲线进行曲线评判；

步骤1.3，对步骤1.2中评判后的转子轮廓曲线进行转子偏摆区间选用；

步骤1.4，求步骤1.3中转子偏摆过程所需的最小力矩；

所述步骤二包括如下步骤：

步骤2.1，对磁场中的永磁体线圈等效处理；

步骤2.2，计算步骤2.1中经过线圈等效后的永磁体表面磁场分布；

步骤2.3，计算外加螺线管线圈磁场分布；

步骤2.4，计算转子上的磁力矩，并求得转角-外加螺线管激励电流-力矩三参量曲线；所述转角-外加螺线管激励电流-力矩三参量曲线，是指：根据Maxwell张量矩阵求出永磁体表面单元上的磁力后，通过合力矩公式求出不同偏转角度之下，受不同外加激励螺线管线圈电流所产生的对应力矩曲线；

步骤2.5，寻找三参量曲线中对应工作区间的螺线管激励电流的加载方式；

所述步骤三包括如下步骤：

步骤3.1，利用步骤2.5产生的偏转过程及螺线管激励电流加载方式，进行电流控制。

优选地，所述步骤1.1具体为：使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计，如下式：

H(θ)＝A₁cos(πθ)+A₂cos(2πθ)+K(1)

v(θ)＝-A₁πsin(πθ)-A₂(2π)sin(2πθ)(2)

a(θ)＝-A₁π²cos(πθ)-A₂(2π)²cos(2πθ) (3)

j(θ)＝A₁π³sin(πθ)+A₂(2π)³sin(2πθ)(4)

式(1)～(4)中，H(θ)是输出位移曲线，v(θ)是输出速度曲线，a(θ)是输出加速度曲线，j(θ)是输出加速度的导数曲线，θ是归一化后的转子偏转角，A₁与A₂分别为输出位移曲线表达式H(θ)中余弦函数的待定系数，K为输出位移曲线表达式H(θ)中的待定常数；同时，由输出最大位移s、速度v、加速度α的边界条件：

求得双谐波轮廓函数中的待定系数，式(6)中，h为输出推程中的最大推程数值。

优选地，所述步骤1.2具体为：

利用步骤1.1中得到的输出位移曲线H(θ)、输出速度曲线v(θ)、输出加速度曲线a(θ)、输出加速度的导数曲线j(θ)来评定初步设计的转子轮廓曲线是否满足最大输出推程要求以及加速度线性度要求；