[发明专利]一种无轴承的开关磁阻电机减振方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机技术领域，具体为一种无轴承的开关磁阻电机减振方法。

背景技术

无轴承开关磁阻电机突破了传统电机采用机械轴承支撑转子的框架，其利用电力电子和微机控制技术主动控制定子绕组的电流，从而改变施加于转子上的电磁力，使电机同时具备驱动和自悬浮能力，无轴承开关磁阻电机除了保留开关磁阻电机的固有优势外，同时解决了电机长时间运行带来的磨损、润滑等维护保养难题，使得开关磁阻电机的高速适用性更得以充分发挥，在航空、航天等领域具备应用前景。

无轴承开关磁阻电机虽为一种特殊的开关磁阻电机，但是无轴承开关磁阻电机仍然难以避免径向电磁力带来的定子振动问题，这个问题无轴承开关磁阻电机磁场特性复杂化，变得更加难以解决，为了解决这个问题，我们提出了一种无轴承的开关磁阻电机减振方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无轴承的开关磁阻电机减振方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无轴承的开关磁阻电机减振方法，所述无轴承的开关磁阻电机减振方法包括下述三个步骤：

第一步建立无轴承开关磁阻电机的相关参数的数学模型，本文以三相12/8极结构的无轴承开关磁阻电机为研究对象(下文中所述的电机均为三相12/8极结构的无轴承开关磁阻电机)；

第二步建立计算流程图和系统控制框图，使得整个电机减振步骤流程清晰明了；

第三步通过仿真和实验来验证本发明对电机的减振效果。

优选的，第一步建立无轴承开关磁阻电机的相关参数的数学模型具体为：

电机矩阵及悬浮力模型的建立，电机的转子结构及A相绕组结构如图1所示，当A相绕组通电时，产生的悬浮力和电子转矩分别简化表示为：

Ta＝Jt(θ)(2N²mi²ma+N²si²sa1+N²si²sa2)(2)

式中：Fα、Fβ为和方向瞬时悬浮力；T_a为A相顺时转矩；N_m、N_s为任一个定子极的主绕组和悬浮绕组匝数；ima、isa1、isa2为A相绕组电流和α、β两个方向的悬浮绕组电流；悬浮力系数Kf(θ)和转矩系数Jt(θ)为电机结构参数和转子位置角θ的函数；

定子极径向力模型建立，应用麦克斯韦应力法原理，选择图2所示的积分路径，定子极所受的径向磁吸力表示为：

式中：h为转子叠片长度；μ₀为空气磁导率；B_m为定转子极交叠部分气隙(主气隙)磁密；B_f1和B_f2均为边缘气隙磁密；B_m、B_f1和B_f2都是θ的函数；

忽略磁饱和，由磁路法可得图1中气隙a₁处的磁场主磁密B_m(θ)和边缘磁密B_f1(θ)、B_f2(θ)可以分别表示为：

B_m(θ)＝μ0(Nmima+Nsisa1)/l0(4)

B_f1(θ)≈B_f2(θ)＝μ₀(N_mi_ma+N_si_sa1)/(l₀+πr|θ|/4)(5)

式中r为转子极半径。

联立公式3和公式5，可得F_sr α＝K_sf(θ)(Nmima+Nsisal)²(6)

式中：F_sr为气隙a₁处对应的A相定子极(A相α正方向所在位置的定子极)受到的瞬时径向磁吸力，定子径向磁吸力系数K_sf(θ)为电机结构参数和转子位置角θ的函数，可以表示为：

同理可得，气隙a₂处对应的A相定子极(A相β正方向所在位置的定子极)受到的瞬时径向磁吸力F_sr β可以表示为：