[發明專利]基波諧波全局對消的無軸承磁齒輪雙邊電機的通用構造方法

在審

• 申請號: 202211323058.0
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115642760A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 王宇;趙攀;張藝;王鎖
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K15/00
• 分類號: H02K15/00;H02K16/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開一種基波諧波全局對消的無軸承磁齒輪雙邊電機的通用構造方法，分為初步優化、調制前的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波的對消約束(約束1)、調制后的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波的對消約束(約束2)三個層次。初步優化可以且只能減小懸浮磁場基波與永磁體靜止波產生的脈動，在此基礎上，提出約束1減小調制前的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波產生的懸浮力脈動，提出約束2減小調制后的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波產生的懸浮力脈動。通過基波諧波全局對消原則，本發明有效減小了無軸承磁齒輪雙邊電機的懸浮力脈動，克服了傳統以及現有的懸浮電機構造方法的不足。

技術領域

本發明涉及雙邊電機控制技術領域，主要涉及一種基波諧波全局對消的無軸承磁齒輪雙邊電機的通用構造方法。

背景技術

雙邊電機采用兩個定子分別分配繞組和永磁體，增加了永磁體的空間和電樞線圈，提高了電磁轉矩和改善了永磁體的熱狀態。相比于氣懸浮方式，磁懸浮具有剛度大、承載力高的優點，并且可以適應超潔凈領域和真空制造環境，無需精密加工氣浮支撐表面從而降低系統制造成本，因此被廣泛使用。目前雙邊電機的懸浮繞組繞制方法沒有相對正確統一的理論，因此針對一個物理結構確定的雙邊電機，需要尋求一種懸浮繞組的繞制方法來使電機產生較平穩的懸浮力。

博士論文《無軸承薄片電機基礎研究，南京航空航天大學，2009.》提出電樞磁場和懸浮磁場相差一對極，電機就能產生可控懸浮力。但是該方法針對的是傳統非調制類電機，對于調制類雙邊電機并不能直接適用，需要考慮雙邊電機中的調制效應，增加新的約束條件，重新設計懸浮繞組的繞制方法。

文件《一種雙邊懸浮電機的構造方法(申請號202210891366.7)》提出的構造方法可以消除懸浮磁場基波與永磁體靜止波產生的懸浮力脈動，但是未考慮調制前以及調制后的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波產生的懸浮力脈動。按照文件《一種雙邊懸浮電機的構造方法(申請號202210891366.7)》提出的構造方法所構造出的無軸承磁齒輪雙邊電機仍然存在較大的懸浮力脈動。

發明內容

發明目的：針對上述背景技術中存在的問題，本發明提供一種基波諧波全局對消的無軸承磁齒輪雙邊電機的通用構造方法，在已有技術可以并只能消除懸浮磁場基波與永磁體靜止波產生的懸浮力脈動的前提下，提出調制前的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波的對消約束(約束1)和調制后的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波的對消約束(約束2)，徹底解決了無軸承磁齒輪雙邊電機存在較大的懸浮力脈動的問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基波諧波全局對消的無軸承磁齒輪雙邊電機的通用構造方法，分為初步優化、調制前的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波的對消約束(約束1)、調制后的電樞磁場諧波與永磁體各次諧波的對消約束(約束2)三個層次。其中，初步優化的步驟如下：

所述的雙邊電機采用分區定子結構，外定子為2p_s槽，內定子為2p_s極，中間轉子調制塊為n_r極；內定子為永磁體表貼式NS徑向充磁。

首先確定永磁體極對數和調制塊個數，本發明所述的雙邊電機采用分區定子結構，外定子為2p_s槽，內定子為2p_s極，中間轉子調制塊為n_r極，內定子為永磁體表貼式NS徑向充磁，故可知永磁體極對數為p_s對極，調制塊極對數為n_r對極；然后把永磁體的磁勢修成正弦，修改永磁體形狀為柳葉眉形兩邊窄中間寬，使永磁體的磁勢在充磁方向上按正弦分布；采用傅里葉分解方法來確定永磁體的旋轉和靜止的基波極對數；最后根據懸浮力產生的條件來繞制懸浮繞組。

進一步地，篩選合適的懸浮繞組繞制方法的具體步驟包括：

步驟S1、運用傅里葉分解方法，由于永磁體在內定子表面是靜止的，故永磁體磁勢傅里葉表達式為