[發(fā)明專利]基于二分法的感應(yīng)型無軸承電機優(yōu)化設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103414292A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊澤斌;孫曉東;李可;汪明濤;董大偉;朱熀秋
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H02K15/02
• 分類號: H02K15/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁懸浮傳動/驅(qū)動裝置的設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種感應(yīng)型無軸承電機的優(yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

感應(yīng)型無軸承電機（也稱為感應(yīng)型磁懸浮電機）集傳統(tǒng)感應(yīng)電機的旋轉(zhuǎn)功能與磁懸浮軸承的懸浮功能于一體，是新型的磁懸浮傳動/驅(qū)動裝置，在高速、超高速特種電氣傳動/驅(qū)動領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

感應(yīng)型無軸承電機中存在電磁轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮力繞組這兩套繞組產(chǎn)生的磁場，而且兩套繞組電流又分別在對方的磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此該電機的磁場分布十分復(fù)雜；最重要的是感應(yīng)型無軸承電機在設(shè)計的時候不僅需要考慮轉(zhuǎn)矩要求，而且還需要考慮到懸浮力要求，因此對電機優(yōu)化設(shè)計的難度較大。目前常用的感應(yīng)型無軸承電機優(yōu)化設(shè)計方法均是參照普通感應(yīng)電機的設(shè)計方法，即先按照常規(guī)感應(yīng)電機的設(shè)計流程設(shè)計電機，確定轉(zhuǎn)矩繞組參數(shù)，然后根據(jù)懸浮力要求設(shè)計懸浮力繞組，該方法需要反復(fù)試湊、費時費力，不能保證在轉(zhuǎn)矩滿足要求的情況下確保電機穩(wěn)定懸浮運行的懸浮力，因此十分有必要研究一種滿足感應(yīng)型無軸承電機懸浮力性能的優(yōu)化設(shè)計方法。

在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中，二分法又稱分半法，是一種方程式根的近似值求法，通過每次把已知函數(shù)f(x)的零點所在小區(qū)間收縮一半，使區(qū)間的兩個端點逐步迫近函數(shù)的零點，如此重復(fù)，以求得零點的近似值。?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有感應(yīng)型無軸承電機優(yōu)化設(shè)計存在的問題，并針對感應(yīng)型無軸承電機輸出轉(zhuǎn)矩和懸浮力在同一氣隙磁場中產(chǎn)生的特點，本發(fā)明提出一種基于二分法的感應(yīng)型無軸承電機的優(yōu)化設(shè)計方法，對感應(yīng)型無軸承電機的氣隙磁場采用二分法進行優(yōu)化設(shè)計，以提高感應(yīng)型無軸承電機的性能。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：根據(jù)電機實際設(shè)計要求，選定其轉(zhuǎn)矩繞組極對數(shù)P₁、懸浮繞組力極對數(shù)P₂、額定功率P_N'、額定轉(zhuǎn)速n_N、最大懸浮力參考值F_mN和最大懸浮力設(shè)計精度δ，P₂=P₁±1，還包括以下步驟：（1）根據(jù)實際設(shè)計要求選定電機轉(zhuǎn)矩繞組產(chǎn)生的氣隙磁密峰值B_1m和懸浮力繞組產(chǎn)生的氣隙磁密峰值B_2m，計算磁場二分系數(shù)K_red，或，B_m是氣隙磁密峰值，B_m=B_1m+B_2m；（2）計算電機的初始定子外徑，，l、τ₁分別是根據(jù)實際設(shè)計要求選定的電機的定子長度和轉(zhuǎn)矩繞組極距，為電機利用系數(shù)，=?D_i/D_o；D_i是定子內(nèi)徑；（3）計算電機最大懸浮力，F_spec為單位面積上的懸浮力大小，用常規(guī)的有限元方法計算得到；（4）根據(jù)的要求，比較電機最大懸浮力F_m和所述最大懸浮力參考值F_mN，若不符合要求，則改變磁場二分系數(shù)K_red以改變最大懸浮力F_m，反復(fù)迭代，以此確定出符合要求的最終最大懸浮力F_m，從而確定出電機的最終定子外徑D_o。?

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明考慮到電機利用系數(shù)K(?)會隨著懸浮力的產(chǎn)生而減小，引入磁場二分系數(shù)K_red，通過反復(fù)的迭代可以得到滿足要求的最大懸浮力，克服傳統(tǒng)感應(yīng)電機設(shè)計方法在設(shè)計感應(yīng)型無軸承電機時需要反復(fù)試湊、費時費力的缺點，可以縮短設(shè)計周期、降低設(shè)計成本，易于工程實現(xiàn)，具有設(shè)計簡單、操作簡便、設(shè)計時間短、工作效率高等優(yōu)點。?

2、本發(fā)明可以以感應(yīng)型無軸承電機的最大轉(zhuǎn)矩作為啟動轉(zhuǎn)矩，因此可以不必過多的關(guān)注電機的啟動性能，從而使轉(zhuǎn)子槽型可以得到進一步優(yōu)化設(shè)計，得到更佳的運行性能。