[发明专利]一种永磁电机周期定子的组合不稳定分析及预测方法

说明书

本发明公开了一种永磁电机周期定子的组合不稳定分析及预测方法，属于机械系统动力学领域，本发明具体涉及旋转永磁电机的周期定子的组合动力不稳定分析及预测技术，所述技术包括：借助磁场随动坐标系，并且采用能量方法建立所述周期定子的动力学模型；采用摄动和耦合分析技术设解，然后求解所述动力学模型，进而得到摄动形式的解析结果；最后根据基本参数的不同组合以及三角函数的运算性质得到表征组合动力不稳定的耦合系数，并据此预测不稳定特性。本发明所述技术可高效、准确地分析并预测永磁电机周期定子的组合不稳定特性。

技术领域

本发明涉及机械系统动力学领域，尤其涉及一种永磁电机周期定子的组合不稳定分析及预测方法。

背景技术

永磁电机具有结构简单和调速范围大等特点，广泛应用于航天、航空、舰船、汽车以及工业生产的各种自动化装备(苏绍禹.永磁电动机机理、设计及应用.北京：机械工业出版社，2016)。受时变磁拉力作用，周期定子通常出现涉及多个模态的耦合振动，并且可导致组合不稳定问题。由于现有动力学分析技术的局限性，特别需要一种可针对实际工况的高效、准确的组合不稳定分析及预测技术。

文献(T.Kobayashi,F.Tajima,M.Ito,S.Shibukawa.Effects of slotcombination on acoustic noise from induction motors.IEEE Transactions onMagnetics,1997,33(2):2101～2104)计算了电磁力并开展了傅里叶分析。研究结果表明：当电磁力频率与电机的固有频率相同或相近时，将产生共振现象。

文献(T.J.Kim,S.M.Hwang,N.G.Park.Analysis of vibration for permanentmagnet motors considering mechanical and magnetic coupling effects,IEEETransactions on Magnetics,2000,36(4):1346～1350)研究了旋转电机的电磁结构与机械结构的耦合问题，分析了振动及稳定性问题。

应当指出的是，现有技术通常采用数值方法预测动力稳定性，该方法的计算效率较低，而且不能揭示普适规律。

发明内容

本发明的目的在于针对永磁电机的周期定子的磁致组合不稳定振动问题。在磁场随动坐标系下建立动力学模型，采用摄动方法提供一种适用于周期定子的组合不稳定分析及预测方法，使该方法以及所得解析结果更好地满足工程实际的需求，详见下文描述：

一种永磁电机周期定子的组合不稳定分析及预测方法，所述方法包括：

在磁场随动坐标系下建立动力学模型，求解环形定子本体的特征值；

根据特征值、结合摄动法求解周期定子的耦合系数；

根据三角函数的性质，判断振动波数与永磁体个数的组合关系对所述耦合系数的影响规律；

根据所述耦合系数，判断周期定子的组合不稳定特性。

其中，所述动力学模型具体为：

式中，表示定子的切向变形量，ε为无量纲小量，t为时间，M为质量算子，G为陀螺算子，D为向心刚度算子，K、K⁽¹⁾和K⁽²⁾分别表示环形定子本体弯曲及磁拉力刚度算子。

进一步地，所述环形定子本体的特征值具体为：

其中，Ω_v为无量纲转速，n为振动波数，k_u和k_v分别为环形定子外侧设置均匀支撑的切向和径向刚度。

进一步，所述采用摄动法求解周期定子的耦合系数具体为：