[發明專利]無軸承電機中磁場等效氣隙虛擬繞組電流的分析方法

無效

• 申請號: 200810019602.6
• 申請日: 2008-03-10
• 公開（公告）號: CN101355281A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 朱熀秋;成秋良
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K21/00
• 分類號: H02K21/00;H02K21/02;H02K3/00;H02K3/04;H02N15/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明是一種應用于無軸承電機徑向懸浮力控制的分析方法，適用于所有無軸承電機在有限元分析、控制策略研究及試驗調試中的徑向懸浮力產生情況的分析，屬于電力傳動控制技術領域。

背景技術

對于無軸承電機徑向懸浮力的分析，一般的分析方法是：1、通過對實驗測量結果進行曲線擬合，得到磁通密度與磁勢之間的函數關系式，由此推導得出徑向力最大時力/電流剛度與電機勵磁電流之間的函數關系曲線圖，據此得出得到最有效徑向力時所需勵磁繞組電流值。這種基于曲線擬合與數學推導的分析方法，對結構已經確定的無軸承電機控制參數優化具有一定的理論指導意義。2、通過在電路拓撲結構圖中標識磁極的方法來研究無軸承電機繞組連接方案，在電機結構示意圖中標識轉矩繞組磁鏈與懸浮力繞組磁鏈分布狀態以研究徑向力的產生情況，借助二維電路耦合有限元分析以驗證無軸承電機基本特性。將永磁體磁鏈看作由電機繞組中的等效電流產生，進而由磁鏈矩陣方程推導得出徑向力的函數表達式。這種將磁鏈等效為繞組電流的方法，使無軸承電機的分析更加形象、簡單。但上述兩種方法存在的缺陷是：用于磁鏈方程的數學推導，就使該方法的優勢變得不太明顯，而且上述方法均存在復雜的數學推導，并需要實驗測量對其中的參數進行確定，對于無軸承電機控制策略的研究，不僅程序繁雜，而且靈活性較差，應用較困難。

發明內容

為了更系統地研究無軸承電機徑向懸浮力的控制策略，得出更普遍的結論，本發明提出一種分析準確、操作簡捷的無軸承電機中磁場等效氣隙虛擬繞組電流的分析方法，適用于從仿真分析到實驗研究各個環節的針對無軸承電機徑向懸浮力分析。

本發明采用的方案是依次包括如下步驟：(A)將無軸承電機氣隙內存在的磁場分為轉矩繞組氣隙磁場與懸浮力繞組氣隙磁場，通過磁場等效，得到等效虛擬轉矩繞組電流與等效虛擬懸浮力繞組電流；(B)將該等效虛擬轉矩繞組電流與等效虛擬懸浮力繞組電流構成強化因子、弱化因子、偏強化因子、偏弱化因子、對稱式偏強化因子與對稱式偏弱化因子六種結構形式；(C)根據六種結構形式得到無軸承電機徑向懸浮力產生情況和懸浮運行條件。

本發明是基于磁場等效氣隙虛擬繞組電流的分析方法，就可得出懸浮力繞組產生的洛侖茲力對徑向懸浮力的影響、得出關于懸浮力繞組氣隙磁場空間電氣角速度的、產生單一方向穩定徑向懸浮力的必要條件。在此基礎上，針對兩套繞組的分布情況，給出了實現無軸承電機徑向懸浮力控制所需要對懸浮力繞組電流增補的超前或滯后機械角。通過對電機帶負載運行時轉矩繞組電流轉矩分量產生的磁鏈對轉矩繞組氣隙磁場影響的分析得知，要使徑向懸浮力方向保持不變，懸浮力繞組電流必須增補與轉矩繞組氣隙磁場超前空間電角度相等的超前時間電角度。該分析方法簡捷、準確、靈活，能夠對不同類型、不同結構的無軸承電機徑向懸浮力進行準確分析并實現其可靠控制，對無軸承電機懸浮運行的有限元分析、實驗調試和控制優化都具有重要的指導意義。設計的無軸承表貼式永磁同步電機，通過徑向懸浮力旋轉實驗，能夠驗證本發明所提出的分析方法的正確性；通過轉子位移閉環控制實驗，能夠驗證本發明所提出的無軸承電機徑向懸浮力控制策略的正確性與可行性。

本發明的優點在于：

1.基于等效虛擬繞組電流基本組合結構進行分析，直觀形象，易于分析。

2.既能夠對交界位置進行準確的細節分析，為有限元仿真提供理論根據，又能夠對無軸承電機氣隙內磁場分布進行整體把握，為設計優化的徑向懸浮力控制策略提供理論依據。

3.該分析方法可以通過在紙上徒手描繪的方式實現對無軸承電機徑向懸浮力產生情況的分析，操作簡單，而且分析準確。

4.該分析方法適用于從仿真分析到實驗研究的各個環節的對無軸承電機徑向懸浮力產生情況的分析。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1為磁場等效氣隙虛擬繞組電流示意圖，其中圖11、12與13分別為兩極、四極、六極氣隙磁場分布示意圖，圖14、15與16分別為兩極、四極、六極磁場等效氣隙虛擬轉矩繞組電流示意圖。

圖2為兩套等效虛擬繞組電流構成的基本繞組電流組合結構，其中圖21、22、23、24、25與26分別為強化因子、偏強化因子、對稱式偏強化因子、弱化因子、偏弱化因子與對稱式偏弱化因子。