[发明专利]一种无轴承磁通切换电机转子悬浮力快速建模方法

说明书

本发明提出一种无轴承磁通切换电机转子悬浮力快速建模方法，采用分别计算转子光滑时气隙磁导Λ_s(θ)、定子光滑时气隙磁导Λ_r(θ,θ_r)，然后根据气隙长度g、Λ_s(θ)、Λ_r(θ,θ_r)计算出气隙磁导Λ_sr(θ,θ_r)；利用定转子Carter系数分别求取由永磁体及相电流在气隙处的磁动势；通过气隙磁动势及气隙磁导分别计算由永磁体及相电流在气隙处产生的磁密；计算永磁体及相电流中的功率部分电流产生的气隙磁密之和作为悬浮力计算中的偏置磁场，计算相电流中的悬浮部分电流产生的气隙磁密作为气隙调制磁密；由气隙调制磁密及其气隙偏置磁密计算出转子所受到的悬浮力，完成转子悬浮力建模过程，本发明在计算效率上较为优秀。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是一种无轴承磁通切换电机转子悬浮力快速建模方法。

背景技术

定子永磁型磁通切换电机(Flux-SwitchingPermanent Magnet Machines,FSPMM)相较于传统转子永磁的永磁同步电机而言，由于永磁体放置于定子侧，转子由硅钢片简单叠压而成，具有结构简单可靠，散热容易，转矩密度高等优点。因此，将无轴承技术应用到传统FSPMM中，即无轴承磁通切换电机(Bearingless Flux-Switch Permanent MagnetMachines,BFSPMM),在保有无轴承技术所带来的无需机械轴承，具有无需润滑，定转子之间完全隔离等优点前提下，克服了传统无轴承永磁电机在一些应用场合下转子为一次性使用费用高及永磁体高温退磁等缺陷，在生物医药、半导体及化学化工领域具有广阔的应用前景。

回顾传统FSPMM的一般分析方法，对于BFSPMM的研究可借助于FSPMM相关理论分析方法。然而，由于在FSPMM中永磁体位于定子侧，且定转子均为凸极结构，传统成熟的永磁同步电机理论无法直接应用。目前对于双凸极气隙研究方法主要分为有限元分析法(FiniteElementAnalysis)、等效磁网络分析法(Magnetic Equivalent Circuit)等。但有限元与等效磁网络分析方法存在模型构造复杂且计算时间长等问题。

目前无轴承技术已经成功应用到几乎所有的电机，相关理论分析及数学模型构建已经十分成熟。然而，当下BFSPMM相关理论分析、悬浮力与电磁转矩模型构建大部分仍然是借助于有限元分析与等效磁网络，存在计算时间长且模型构造复杂等缺陷。同样，由于无法得到气隙磁密解析表达式，有限元分析与等效磁网络方法对于电机结构参数十分敏感，电机结构的细微更改均将带来大量的模型重建工作及计算时间，所得到的相关数学模型不具有实际通用性。

基于此，本发明从气隙磁导分布解析表达式出发，提出一种通用的不依赖于电机具体结构参数的一种悬浮力快速建模方法。模型构造过程简单快速，可以直接得到同电机参数直接相关的悬浮力解析表达式，克服了传统有限元及等效磁网络存在的计算耗时长模型构造复杂等缺陷。

发明内容

本发明提出一种无轴承磁通切换电机转子悬浮力快速建模方法，能在评估快速无轴承磁通切换电机转子悬浮力时快速建模。

本发明采用以下技术方案。