[发明专利]一种磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和计算方法

权利要求书

1.一种磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立磁悬浮飞轮电机等效磁网络模型：根据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其气隙磁力线分布，进而建立磁悬浮飞轮电机的等效磁网络模型；

S2、相对磁导率初始化：轴向分相磁悬浮飞轮电机转子当前旋转角度设置为初始位置θ＝0°，对步骤S1中获取的磁悬浮飞轮电机等效磁网络模型按照磁导顺序进行节点编号，并设定相邻两个节点间的初始相对磁导率u₀；若两个节点间没有磁导连接，则初始相对磁导率u₀设定为0，u_pre为上一次迭代的相对磁导率，第一次运算取u_pre＝u₀

S3、相对磁导率迭代更新：根据步骤S2中上一次迭代的相对磁导率u_pre获取磁导矩阵和磁通矩阵，利用磁导矩阵和磁通矩阵计算磁动势矩阵，根据磁动势矩阵计算等效磁网络模型中各磁通管的磁场强度，根据磁悬浮飞轮电机实际结构参数中的铁心材质，获取铁心磁化曲线，进而获取修正后的各磁通管相对磁导率u_new和磁通密度B_new；

S4、设定收敛条件，轴向分相磁悬浮飞轮电机的收敛条件设定为|B_new-B_pre|磁通密度阈值，B_pre为上一次迭代的磁通密度，判断修正后的磁通密度B_new是否满足收敛条件，若不满足，则更新u_pre＝u_new，返回步骤S3重新获取新的磁导矩阵和磁通矩阵，直到满足设定的收敛条件为止；若满足，则获取转子当前旋转角度下等效磁网络模型中各磁通管的相对磁导率u_new和磁通密度B_new，进入步骤S5；

S5、判断转子旋转是否满足一周期，其中，轴向分相磁悬浮飞轮电机转子从初始位置θ＝0°旋转到θ＝15°为半周期，后半周期与前半周期关于θ＝15°对称；若不满足，则转子旋转至θ+1角度，返回步骤S2进行计算，直到满足周期条件，完成一个周期内磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和状态下相对磁导率的计算。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和计算方法，其特征在于：根据所述步骤S3和S4中所求的节点间磁动势矩阵和磁通矩阵，以磁路的总磁导为研究目标，根据磁路的基本公式直接计算轴向分相磁悬浮飞轮电机饱和情况下的绕组电感、绕组磁链和绕组反电动势的具体数值。

3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和计算方法，其特征在于，所述绕组电感的计算公式为：

L＝N²·G_t

所述绕组磁链的计算公式为：

Ψ＝N·U·G_t

所述绕组反电动势的计算公式为：

其中，N表示绕组匝数，G_t为磁路的总磁导，U为绕组磁动势。

4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和计算方法，其特征在于：所述步骤S2中相邻两个节点间的初始相对磁导率u₀取决于节点间对应的磁导特性，若相邻两个节点间对应的磁导为铁心材料，则取u₀＝u_fe0；若相邻两个节点间对应的磁导为气隙，则取u₀＝u_gap0。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮飞轮电机铁心磁饱和计算方法，其特征在于：设定铁心材料的初始相对磁导率为u_fe0＝0.1N/A²，气隙处的初始相对磁导率设定为u_gap0＝4π×10^-7N/A²。