[发明专利]一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法

权利要求书

1.一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法，其特征在于：所述建模方法包括如下步骤：

步骤1：由有限元分析获得球面磁悬浮飞轮电机的磁场分布，基于等效磁路法获取球面磁悬浮飞轮电机悬浮极径向和轴向的等效磁路；

步骤2：利用有限元分析球面磁悬浮飞轮电机悬浮极扩散磁通，在转子运动一周期内，基于球面磁场分布规律和磁通路径，将转子位置角范围分为2部分，采用磁场分割法将整个气隙磁场划分为若干磁通管道，分别计算各磁通管道的磁导，再合成各磁通管道计算得到整个气隙磁导；

步骤3：利用步骤2建立考虑扩散磁通的球面磁悬浮飞轮电机等效磁路，通过分析计算转子偏心对转子齿和悬浮极极靴齿之间的气隙长度变化，得到考虑转子偏心的气隙磁导，并且考虑到磁路饱和需要对气隙主磁密进行修正，得到修正后的气隙主磁密；

步骤4：根据步骤2所得到的气隙磁导的等效磁路模型，结合步骤3所得到的气隙长度和气隙主磁密，分析不同转子位置角范围情况，计算各部分气隙磁导，建立球面磁悬浮飞轮电机悬浮力模型。

2.根据权利要求1所述一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法，其特征在于：所述步骤2中，转子运动的周期为30°。

3.根据权利要求2所述一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法，其特征在于：转子运动一周期分为-7.5°θ7.5°以及-15°θ-7.5°和7.5°θ15°两个部分。

4.根据权利要求1所述一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法，其特征在于：所述步骤2中，经过磁场分割法分割后的磁通管的形状分为矩形、1/4实心圆柱体和1/4空心圆柱体三种形状。

5.根据权利要求4所述一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法，其特征在于：三种形状磁通管的磁导计算公式分别为：磁极下的矩形磁通管的磁导为：

1/4实心圆柱体磁通管的磁导：

1/4空心圆柱体磁通管的磁导：

其中，μ₀为真空磁导率，η为转子齿对应球形的弧长，R为转子齿对应球体的半径，h₁为球形转子齿的轴向高度，δ_av1为区域1平均气隙长度，β为轴向转子齿球面的夹角，A₁为区域1矩形磁通管的平均截面积，V为1/4实心圆柱体磁通管体积，A₂为1/4空心圆柱体磁通管的平均截面积，δ_av2为区域2磁通平均长度，δ_av3为区域3磁通平均长度。

6.根据权利要求1所述一种球面磁悬浮飞轮电机精确悬浮力机理建模方法，其特征在于：步骤3中考虑转子偏心对气隙磁导的影响，转子在y轴负方向偏心b mm后气隙长度关系为：

进一步推导得：

δ₁≈δ₀+bsinθ_m

转子在x轴正方向偏移a mm后气隙长度关系为：

进一步推导得：

δ1≈δ0+acosθm

转子在x轴正方向偏移a mm，同时在y轴负方向偏移b mm后气隙长度关系为：

进一步推导得：

δ₁≈δ₀+a cosθ_m-bsinθ_m

其中，δ₀为转子未发生偏心时平均气隙长度，δ₁为偏心后的定转子极间气隙长度，θ_m为机械位置角，r为定子所在球面半径。