基于麥克斯韋應(yīng)力法的bsrm解析建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于麥克斯韋應(yīng)力法的BSRM解析建模方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)軸承開關(guān)磁阻電機(jī)（bearingless switched reluctance motor,BSRM)是發(fā)展 迅速的磁懸浮技術(shù)與開關(guān)磁阻電機(jī)(switched reluctance motor，SRM)的結(jié)合，兼有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單堅(jiān)固、成本低、調(diào)速范圍寬、運(yùn)行可靠性高和允許轉(zhuǎn)速高、摩擦功耗小、無(wú)需潤(rùn)滑和壽命 長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在高速、超高速運(yùn)行場(chǎng)合具有突出優(yōu)勢(shì)，是高速電機(jī)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
[0003] BSRM將主繞組和懸浮繞組疊繞在定子極上，利用主繞組電流和懸浮繞組電流相互 作用形成徑向力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸浮。與普通SRM相比，BSRM不僅存在因磁路飽和引起的非線性， 而且電磁轉(zhuǎn)矩與徑向懸浮力之間、方向的徑向懸浮力之間均存在非線性的耦合關(guān)系， 進(jìn)而導(dǎo)致BSRM精確建模困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于麥克斯韋應(yīng)力法的BSRM解析建模 方法，實(shí)現(xiàn)了 BSRM精確建模。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于麥克斯韋應(yīng)力法的BSRM解析建模 方法，包括：
[0006] 根據(jù)BSRM氣隙的定子和轉(zhuǎn)子活動(dòng)區(qū)域選取麥克斯韋應(yīng)力法積分路徑；
[0007] 根據(jù)所述麥克斯韋應(yīng)力法積分路徑，計(jì)算氣隙磁密；
[0008] 根據(jù)所述氣隙磁密計(jì)算得到轉(zhuǎn)子齒極所受α、β方向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩；
[0009] 建立BSRM的α、β方向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩解析模型。
[0010]實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果:本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了BSRM精確建模，建模精度高。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1是三相12/8結(jié)構(gòu)BSRM的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明提供的基于麥克斯韋應(yīng)力法的BSRM解析建模方法的一個(gè)實(shí)施例的流 程不意圖；
[0014]圖3是氣隙al處定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置示意圖；
[0015]圖4所示為α方向懸浮力Fa和電磁轉(zhuǎn)矩與虛位移法、傳統(tǒng)麥克斯韋應(yīng)力法和有限元 仿真結(jié)果對(duì)比圖；
[0016] 圖5所示為β方向懸浮力Fe和電磁轉(zhuǎn)矩與虛位移法、傳統(tǒng)麥克斯韋應(yīng)力法和有限元 仿真結(jié)果對(duì)比圖；
[0017] 圖6所示為電磁轉(zhuǎn)矩T和電磁轉(zhuǎn)矩與虛位移法、傳統(tǒng)麥克斯韋應(yīng)力法和有限元仿真 結(jié)果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例研究對(duì)象為三相12/8結(jié)構(gòu)BSRM，圖中僅畫出了A相的主 繞組(Ν^)、α方向懸浮繞組(Nsai)和β方向懸浮繞組(^2)。1由相隔90°的4個(gè)極繞組正串而 成，而N sal、Nsa2分別由α、β方向徑向相對(duì)的2個(gè)懸浮繞組反串而成。Nma產(chǎn)生偏置磁通，N sal分別 對(duì)此偏置磁通產(chǎn)生增強(qiáng)（氣隙al處）、削弱（氣隙a3處）的作用，由此產(chǎn)生不平衡磁拉力。同 理，通過N sa0iNma偏置磁場(chǎng)在氣隙a2處的增強(qiáng)及在氣隙a4處的削弱作用，也產(chǎn)生不平衡磁拉 力。對(duì)磁拉力進(jìn)行分解，可得到α、β方向懸浮力Fa、Ffi。
[0020] B相和C相具有和A相相同的繞組結(jié)構(gòu)、連接方式和懸浮機(jī)理。利用三相繞組每隔 15°輪流導(dǎo)通和轉(zhuǎn)子位移的負(fù)反饋控制，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定懸浮。
[0021 ]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例具體包括步驟：
[0022] S101、根據(jù)BSRM氣隙的定子和轉(zhuǎn)子活動(dòng)區(qū)域選取麥克斯韋應(yīng)力法積分路徑。
[0023] 具體，步驟S101包括：
[0024] S1011、從BSRM氣隙的定子和轉(zhuǎn)子的非交疊活動(dòng)區(qū)域的轉(zhuǎn)子邊界線上選取點(diǎn)1、2、 3,從定子和轉(zhuǎn)子的交疊活動(dòng)區(qū)域的定子邊界線上選取點(diǎn)4、5,從定子和轉(zhuǎn)子的非交疊活動(dòng) 區(qū)域的邊緣氣隙邊界線上選取點(diǎn)6、7、8;其中，點(diǎn)3是邊緣氣隙與主氣隙在轉(zhuǎn)子邊界線上的 分界點(diǎn)，點(diǎn)4及點(diǎn)5分別是兩個(gè)邊緣氣隙與主氣隙在定子邊界線上的分界點(diǎn)，點(diǎn)6是邊緣氣隙 邊界線與定子邊界線的交點(diǎn)，點(diǎn)2及點(diǎn)8分別是兩個(gè)邊緣氣隙邊界線與轉(zhuǎn)子邊界線的交點(diǎn)， 邊緣氣隙邊界線近似為主氣隙長(zhǎng)度的直線加1/4圓弧軌跡線，點(diǎn)7為其連接點(diǎn)。具體如圖3所 示。圖3所示為氣隙al處定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置示意圖，Θ為轉(zhuǎn)子齒極偏離定子齒極角度，設(shè)逆時(shí) 針方向?yàn)檎瑘D3對(duì)應(yīng)的Θ <0°。
[0025] S1012、選取路徑1-8為麥克斯韋應(yīng)力法積分路徑。
[0026] S102、根據(jù)所述麥克斯韋應(yīng)力法積分路徑，計(jì)算氣隙磁密。
[0027]具體的，步驟S102具體包括步驟：
[0028] S1021、根據(jù)積分路徑中的路徑3-5,計(jì)算得到主氣隙磁密。
[0029] 其中，計(jì)算得到的A相氣隙aj的主氣隙磁密為
[0030] Bmaj=y〇Uaj/l〇,j = l ,2,3,4
[0032] '為主繞組匝數(shù)，Ns為懸浮繞組匝數(shù)，ima為A相主繞組電流，isal*A相α方向懸浮繞 組電流，isa：*A相β方向懸浮繞組電流，μ〇為真空磁導(dǎo)率，1〇為定、轉(zhuǎn)子間氣隙長(zhǎng)度。
[0033] S1022、根據(jù)積分路徑中的路徑1-3、路徑5-8,計(jì)算得到邊緣氣隙磁密。
[0034] 其中，計(jì)算得到的Α相氣隙aj的邊緣氣隙磁密為：
[0035] Bfaj=y〇Uaj/lf,j = l ,2,3,4
[0036] r為轉(zhuǎn)子半徑，Θ為轉(zhuǎn)子齒極偏離定子 ， 齒極角度。
[0037] S103、根據(jù)所述氣隙磁密計(jì)算得到轉(zhuǎn)子齒極所受α、β方向懸浮力和電磁轉(zhuǎn)矩。
[0038] 具體的，步驟S103包括：
[0039]根據(jù)所述氣隙磁密計(jì)算得到Α相氣隙al~a4處轉(zhuǎn)子齒極所受α方向懸浮力Fal~ Fa4、所受β方向懸浮力Fpi~Fftt、電磁轉(zhuǎn)矩Tl~T4分別為：
[0045] h為轉(zhuǎn)子疊片長(zhǎng)度廠!·為轉(zhuǎn)子齒極弧度。
[0046]其中，懸浮力Feel~Fcc4、懸浮力Ffil~Fftt、電磁轉(zhuǎn)矩Tl~T4的計(jì)算過程為：
[0047]由麥克斯韋應(yīng)力法推得氣隙al處轉(zhuǎn)子齒極上的懸浮力Fca Am和電磁轉(zhuǎn)矩Ti分別 為：
[0051]式中，Bf為al處轉(zhuǎn)子齒極上邊緣氣隙（定、轉(zhuǎn)子極非交疊部分氣隙）平均磁密; al處轉(zhuǎn)子齒極上主氣隙（定、轉(zhuǎn)子極交疊部分氣隙）平均磁密，γ