[發明專利]一種永磁球形電機定子線圈激勵方法

有效

• 申請號: 201711377837.8
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107911060B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 李斌;張碩;李桂丹;孫迪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02P31/00
• 分類號: H02P31/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種永磁球形電機定子線圈激勵方法，包括：檢測球形電機轉子位置；將定子線圈分組，每一組線圈是關于球心對稱的兩個線圈，對每一組線圈通單位電流，使得兩個線圈產生的磁場相反；對每一線圈在氣隙中的磁通密度徑向分量進行球諧波分解，獲得的系數組成系數矩陣，表征定子磁場特性，選出矩陣中的3階分量和7階分量構成新的矩陣。將轉子在氣隙中的磁通密度徑向分量進行球諧波分解，獲得的系數組成系數矩陣，表征轉子磁場特性；構造帶約束的優化函數問題；求得定子線圈激勵電流。

技術領域

本發明屬于球形電機的控制技術領域，尤其涉及到一種新型的球形電機定子線圈激勵方法。

背景技術

根據衛星在空間的不同工作狀態要求，應用在衛星上的姿態和軌道控制系統是必不可少的。傳統的衛星姿態和軌道控制系統采用動量交換裝置，主要包括反作用輪和控制力矩陀螺。然而，在實際應用中需要使用多個動量交換裝置來達到控制的目的，這不利于對衛星重量的優化和對控制系統復雜度的改善。為了解決上述問題，前人提出了應用于衛星姿態和軌道控制的球形電動機。考慮到其體積更小、更輕、控制系統更簡單、能量密度更高，在衛星姿態和軌道控制方面具有廣闊的應用前景。

在永磁球形電機的傳統控制策略中，為了獲得控制電流，主要有兩種方式，第一種是需要求解高維轉矩矩陣的廣義逆矩陣，這大大增加了控制系統的計算負擔，特別是對線圈個數很多的球形電機；第二種是按照永磁同步電機的方式對線圈分相，按照永磁同步電機電流激勵方程，產生某個平面的旋轉磁場，帶動某個平面的磁極旋轉，這種方式就可能只用到部分線圈和磁極，不能充分利用球型電機的所有資源。為了解決上述問題，提出一種新型永磁球形電機激勵策略，考慮到8個永磁體和26個線圈的球形電機的設計模型，該方法利用空間旋轉磁場理論，使得定子線圈在氣隙中激發的旋轉磁場與轉子磁場匹配，以磁場的球諧波分解為工具，將氣隙中的定子線圈激勵磁場和轉子磁場的各階球諧波系數進行匹配。然后實現已知轉子磁場，獲得與定子線圈相對應的勵磁磁場，然后推導出定子線圈的電流。

發明內容

本發明的目的是減小控制電流的計算量，并充分利用球形電機的所有資源，提出一種新型永磁球形電機定子線圈激勵方法。方案如下：

一種永磁球形電機定子線圈激勵方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)檢測球形電機轉子位置；

(2)將定子線圈分組，每一組線圈是關于球心對稱的兩個線圈，對每一組線圈通單位電流，使得兩個線圈產生的磁場相反；

(3)對每一線圈在氣隙中的磁通密度徑向分量進行球諧波分解，獲得的系數組成系數矩陣，表征定子磁場特性，選出矩陣中的3階分量和7階分量構成新的矩陣：

其中，代表定子磁場3階分量矩陣，代表定子磁場7階分量矩陣，代表第j組線圈的l階m次諧波系數，Re代表求復數的實部，Im代表求復數的虛部；

(4)將(1)檢測到的位置下的轉子在氣隙中的磁通密度徑向分量進行球諧波分解，獲得的系數組成系數矩陣，表征轉子磁場特性；

其中，代表轉子磁場3階分量矩陣，代表轉子磁場7階分量矩陣，代表l階m次諧波系數；

(5)構造帶約束的優化函數問題

其中η為轉矩因子，I_13×1為電流矩陣，求解上述帶約束的優化函數問題，求得定子線圈激勵電流。

本發明的技術效果如下：

1.本發明為一種新型的永磁球形電機定子線圈激勵方法，具有較為簡單的計算過程，并且過程較為容易理解。