【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无轴承电机控制，主要涉及一种基于开槽调制效应的电机偏心不平衡磁拉力模型构建方法及补偿控制系统。
技术介绍
1、薄片电机由于其没有机械轴承的特殊结构，故而对转子能否平稳且不偏心的悬浮在中心位置具有很高的要求，而电机的不平衡磁拉力对电机径向悬浮的性能有很大的影响，所以精确解析薄片永磁同步电机的偏心不平衡磁拉力并对其进行补偿，便成了薄片电机能否高质量悬浮的一大重要影响因素。
2、文献“dorrell d g,smith a c.calculation and measurement of unbalancedmagnetic pull in cage induction motors with eccentric rotors.iee proceedingselectric powerapplications,1996,143(3):193-210.”以一维解析法为基础，通过建立转子的磁动势模型，并与气隙磁导率模型相结合，简单直观的得到了偏心时永磁电机的磁场分布情况，但是，对于如静态偏心和动态偏心等不同转子偏心类型没有进行区分，只可做不平衡磁拉力的定性分析。文献“[12]dorrell d g,hsieh m f,guo y g.unbalanced magnetpull in large brushless rare-earth permanent magnet motors with rotoreccentricity.ieee transactions on magnetics,2009,45(10):
3、此外，文献“[15]zhu z q,howe d,bolte e,ackermann b.instantaneousmagnetic field distribution in brushless permanent magnet dc motors.ieeetransactions on magnetics,1993,29(1):124-158.”以子域法为基础，建立了永磁电机的二维磁场分布解析模型，实现了电机解析从一维到二维的转变。在文献“li y,lu q,zhu zq.unbalanced magnetic force prediction in permanent magnet machines withrotor eccentricity by improved superposition method.iet electric powerapplications,2017,11(6):1095-1104.”中，利用子域叠加法，将偏心磁场等效成多个同心磁场的叠加，但没有给出具体的解析式。随后，国内外学者将一阶摄动法与子域法结合，建立了表贴式永磁电机、插入式永磁电机的偏心磁场解析模型，提升了解析精度。为了便于分析，上述模型都没有考虑定子开槽的影响，对传统有轴承这类偏心情况较简单的电机进行定量分析时，精度尚可，但用于偏心情况复杂多变的无轴承薄片电机时，开槽影响所带来的误差难以忽略。
4、文献“于吉坤，李立毅，张江鹏，曹继伟.定子开槽永磁同步电机气隙比磁导解析计算.电工技术学报,2016,31(s1):45-52.”中，开槽调制效应的分析与研究只集中在开槽对定位力矩的影响、开槽对调制转矩的影响以及开槽对气息磁导比的影响，没有涉及开槽对不平衡磁场力的影响和准确建模。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种考虑了定子开槽影响的不平衡磁拉力精确数学模型，从磁场调制的角度分析了偏心时不平衡磁拉力的产生机理，重构了考虑开槽影响的电机偏心不平衡磁拉力，相比于传统的不平衡磁拉力数学模型，本模型的精度更高，更加适用于对薄片电机进行不平衡磁拉力补偿。
2、技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于开槽调制效应的电机偏心不平衡磁拉力模型，采用了六齿一对极的电机结构；包括6个l型定子；每个l型定子包括轴向的定子轭和径向定子齿，环绕在薄片状转子周围，径向定子齿与转子平齐，每个轴向定子轭分别绕有悬浮绕组和转矩绕组，所述转矩绕组为一对极，悬浮绕组为两对极，同时实现悬浮控制和旋转控制；所述l型定子底部通过铁心导磁环相连；所述薄片状转子外侧贴有一对极永磁体；基于此电机结构，构建考虑了开槽影响的不平衡磁拉力的数学模型；
4、具体地，首先以定子中心为坐标原点建立θ-os-r定子坐标系，以转子中心为坐标原点建立α-or-β转子坐标系，如图1所示，其中e为悬浮转子偏心距，为电机转子偏心角度，转子按转速ω逆时针旋转，p为转子上任一点，θ为p与定子坐标系横坐标的夹角，ψ为p与转子坐标系横坐标的夹角。由几何关系可知，两坐标系的转换关系如公式(1)所示：
5、
6、根据子域法，永磁体和气隙的子域方程可表示为公式(2)的形式：
7、
8、式中，az1与az2分别是永磁体和气隙子域的矢量磁位，μ0为真空磁导率，其值取4π*10-7h/m，m表示永磁体的磁化强度，在转子坐标系下
9、
10、根据坐标转换公式(1)可知，在定子坐标下
11、
12、在转子坐标系下，α和β分别表示径向和切向的单位向量，mα和mβ分别表示永磁体磁化强度的径向和切向分量，在定子坐标系下，r和θ分别表示径向和切向的单位向量，mr和mθ分别表示永磁体磁化强度的径向和切向分量，br为永磁体剩磁。
13、在矢量磁位下，磁密b、磁场强度h的径向与切向分量可分别表示为
14、
15、其中，μr表示相对磁导率，hr和hθ分别为磁场强度h的径向与分量。
16、根据摄动法，将转子偏心视作摄动，利用式(1)，得到永磁体和转子子域的分界面的边界方程：
17、
18、在定子坐标系下，边界的法向量方程可表示为：
19、
20、其中，er和eθ分别为偏心e的径向与切向单位分量。
21、一对极圆环形永磁体作为电机转子，其偏心状态下的分界面满足以下方程：
22、
23、对方程(8)进行矢量运算可得以下方程：
24、
25、根据摄动法，将式(2)带入式(9)，并在r＝rm处展开，可以得到零阶方程(10)与边界条件式(11)
26、
27、
28、根据边界条件、分离变量法与模型对称性，气隙子域的零阶、一阶解分别为
29、
30、根据摄动理论，可以得到转子偏心时的径向与切本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，所述电机采用了六齿一对极结构，包括6个L型定子，每个L型定子包括轴向的定子轭和径向定子齿，环绕在薄片状转子周围，径向定子齿与转子平齐，每个轴向定子轭分别绕有悬浮绕组和转矩绕组，所述转矩绕组为一对极，悬浮绕组为两对极，同时实现悬浮控制和旋转控制；所述L型定子底部通过铁心导磁环相连；所述薄片状转子外侧贴有一对极永磁体；其特征在于，所述构建方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，其特征在于，电机开槽前后的气隙磁密的计算步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，其特征在于，根据定转子坐标系，利用子域法和一阶摄动法，将转子偏心视作摄动，建立永磁体和气隙的子域方程与边界方程，具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，其特征在于，根据摄动理论，得到气隙子域的零阶与一阶解，进一步得到转子偏心时的径向与切向磁密，具体包括：
5.一种电机位移补偿控制系统，其特征在于：将权利要求1中的不平衡磁拉力模型
...【技术特征摘要】
1.一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，所述电机采用了六齿一对极结构，包括6个l型定子，每个l型定子包括轴向的定子轭和径向定子齿，环绕在薄片状转子周围，径向定子齿与转子平齐，每个轴向定子轭分别绕有悬浮绕组和转矩绕组，所述转矩绕组为一对极，悬浮绕组为两对极，同时实现悬浮控制和旋转控制；所述l型定子底部通过铁心导磁环相连；所述薄片状转子外侧贴有一对极永磁体；其特征在于，所述构建方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，其特征在于，电机开槽前后的气隙磁密的计算步骤包括：
3.根据权利要求2所述的一种电机偏心不平衡磁拉力模型的构建方法，其特征在于，根据定转子坐标系，利用子域法...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。