[发明专利]双联磁差电机载流畸变相干抑制法

说明书

本发明方案公开一种干涉法抑制磁差电机载流畸变的技术方案，原理是利用双联磁差电机拓扑对偶的电枢产生的相干反向电动势干涉相消。因空间规范化多通磁路，和电枢与磁极的连对双排，磁差电机电磁结构有多种拓扑，不同拓扑结构对磁导空间极化精细响应不同，因而和差磁通电枢感生电动势干涉合成波不同。不同拓扑结构的磁差电机的感应电动势都是共轭相干波，可以选择两个磁极序列一样、电枢缠绕取向完全相反的共轭磁差电机联机，力矩可以同向合成，却产生了干涉相消的反电动势，这样就实现了抑制驱动载流的畸变。这样的双联磁差电机不会向驱动控制电路引入畸变污染，不增加控制难度，步进运行也将更加平稳和精确，拥有更良好的电磁学和力学特性。

技术领域

本发明公开一种干涉法抑制电动机载流畸变的技术方案，尤其涉及磁差电机。

背景技术

磁差电机是一种新原理电机，理论成熟于中国专利申请CN2019100076075、CN2019112854439和CN2020107922369，利用了多路空间规范化动态磁通的和差变化来实现电机功能，并通过磁极和电枢的连对双排提升电机能效。

磁差电机由相对运动的两部分构成：主体结构是所有电枢和磁极相间等距依次排列在磁轭上，且都是连对双排，即同名两个磁极后紧接着排列两个异名磁极，电枢是连续两个缠绕取向相同的后面仅接着是两个缠绕取向相反的。另一部是与主体分离可相对运动的软磁材料，横跨磁极和电枢开放端面，称同步结构，其厚度周期变化的，空间周期为2倍相邻磁极间距，要求最薄处掠过磁极时达能到近似饱和，量值不大于磁极磁化磁通的一半。电机磁路循环是，磁通从磁极发出即进入同步结构，在其内部岔开成多路后就返回主体结构，形成了闭循环、多通路、定域、定向、变容等十分理想的特性，使得电机不换向，无漏磁，且所有电枢可以同时同步工作，在高速高频下功率和扭矩会增大，能适用极端电路和运动工况，其依赖调频调速，使用方法参照交流单相同步和步进电机。

磁差电机所有电枢都是相邻两个磁极的磁通支路共享的，相邻的两个同名磁极中间的电枢是和磁通电枢，相邻的两个异名磁极中间是差磁通电枢。理论上，所有电枢内穿过的磁通都是同时同步地变大变小，量值大小也相同，所以全部电枢都可以同时工作，无论电枢数量多少。

磁差电机的电枢是导电体缠绕在磁轭凸柱上，一般匝数较多，感抗较大，而如果想获得更大功率或扭矩，将串并联起较多的电枢，载流畸变将愈加严重。这种畸变是致命有害的，不仅破坏力矩平稳，而且造成能效下降，还限制级联电枢数量，也就是约束了磁差电机功率和力矩拓展上限。这损害了磁差电机步进运动的精确度，限制了大功率重载场景使用，浪费了能源，危害对磁差电机的推广利用。

发明内容

由于所有电枢理论上应磁通等量地同步变化，磁差电机的电枢连对双排的布局是最佳方案，所有电枢都应该是同步响应。但事实上，由于磁导空间极化造成感应电动势脉冲宽度变窄，和工艺及材料造成磁滞磁损的综合作用，使得磁差电机的和、差磁通两种电枢的响应存在明显差异，所有相邻电枢之间都会存在响应偏差。这个偏差与电磁设计和制造工艺密切相关，不是理论上必然存在的。若独立考量所有和磁通电枢或所有差磁通电枢，会发现它们的感应电动势通常不是完美的简谐波，是同频、等波长和固定相差的相干波，那么电枢连对双排的结果就是合成了干涉波。实测这个干涉波近似拖尾偏轴的简谐波，拖尾是受结构材料限制的相消部分，属于必需的损耗，剩下的简谐波是相长部分，所以磁差电机必然是单相交流电机，尽管这里只是近似简谐波。

另一方面，磁差电机的磁路是空间规范的，磁极和电枢的空间位置是不能改变的，磁路的协同工作的同步性不容挑战，通过良好的电磁设计，能保证磁极和电枢之间有适当距离间距，来消弭减缓磁滞和电枢反应带来的磁路不稳定性。但当载流占空比大幅度偏离50%时，场强响应空间分化加大，分布的空间周期不再与同步结构空间尺寸严格对应，会破坏了磁路储能释放的对称性，加剧了力矩振荡，压低了电机能效。