[发明专利]轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法

权利要求书

1.一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、划分气隙磁路：根据轴向永磁磁悬浮飞轮电机的实际结构参数建立三维有限元模型，通过有限元仿真获取轴向永磁磁悬浮飞轮电机的气隙磁力线分布，将磁力线流经路径划分为矩形、矩形加1/4圆和矩形加1/4圆环这三种等效磁通管的气隙磁路，基于“磁阻最小原理”确定矩形加1/4圆磁通管与矩形磁通管的临界角；

S2、根据步骤S1中三种等效磁通管获取轴向永磁磁悬浮飞轮电机转子转动过程中气隙磁路的等效磁网络模型，根据气隙磁路的等效磁网络模型的变化确定转子转动的周期，并将转子转动一周期过程划分为7个区域；

S3、根据步骤S1中所求的临界角，结合步骤S2中所划分的7个区域获取各区域内转子的运动范围；

S4、根据步骤S2中所求的各区域气隙等效磁网络的拓扑结构，结合步骤S3中转子的转动范围，计算轴向永磁磁悬浮飞轮电机A相和B相的气隙磁导；

S5、依据轴向永磁磁悬浮飞轮电机的实际结构，以轴向永磁磁悬浮飞轮电机的径向和轴向磁路为研究目标，将径向磁路和轴向磁路的悬浮铁心、永磁体与转子轭部各等效成一个磁阻，结合步骤S4中所求的A相、B相气隙磁导获取轴向永磁磁悬浮飞轮电机的动态等效磁网络模型。

2.根据权利要求1所述的一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：根据所述步骤S5中所求的动态等效磁网络模型，以径向磁路的磁导为研究目标，根据磁路的基本公式直接计算轴向永磁磁悬浮飞轮电机的悬浮绕组电感、反电动势和磁链的具体数值。

3.根据权利要求2所述的一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于，所述悬浮绕组电感的计算公式为：

其中，N为悬浮绕组的匝数，G_ry1为径向磁导，G_z为径向磁路的总磁导。

4.根据权利要求1所述的一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：所述步骤S2中，转子转动的周期为30°。

5.根据权利要求1所述的一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：所述步骤S1中临界角计算公式为：

其中，γ为临界角，R_rin为转子齿内径；R_sout为悬浮齿外径；R_ryin为转子轭部内径。

6.根据权利要求1所述的一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：所述步骤S2中根据气隙等效磁网络模型的变化将轴向永磁磁悬浮飞轮电机转子转动一周期过程划分为7个区域，其具体过程为：

基于等效磁路法将气隙磁路中磁力线分布均匀的区域等效为一个磁通管；根据转子转动一周期内气隙等效磁网络模型的变化情况将一个周期划分为7个子区域，转子在一个周期内转动时，依次从区域1旋转至区域7，各区域间气隙等效磁网络拓扑各不相同，区域内各磁通管的阻值随转子旋转而变化。

7.根据权利要求1所述的一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：所述步骤S1中的将气隙磁路划分成不同形状的磁通管，磁通管的形状为矩形磁通管、矩形带1/4圆磁通管和矩形带1/4圆环磁通管，三种形状磁通管的磁导计算公式分别为：

矩形磁通管的磁导为：

矩形带1/4圆磁通管的磁导为：

矩形带1/4圆环磁通管的磁导为：

其中，h为悬浮齿的齿高，δ为各磁通管中矩形部分平均长度，X₁为各磁通管中矩形部分宽度，C₁为各磁通管中圆环磁路的内径，u₀为真空磁导率。