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专利号: 2023113966103
申请人: 苏州市职业大学(苏州开放大学)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:由双馈交替极无轴承磁通反向电机工作原理得知悬浮与电枢绕组间几乎没有互感,得出电机电磁转矩和径向悬浮力之间的控制是互相解耦的,能够通过控制方法独立控制,并为了简化分析双馈交替极无轴承磁通反向电机磁路计算过程,作出如下假设:各种材料的磁导率为常数,不受温度、压力外部因素的影响;分析中不考虑端部效应和磁饱和现象对磁场的影响;忽略定、转子轭的磁阻,所述定子坐标系下数学模型包括电压方程、磁链方程和转矩方程。

2.根据权利要求1所述的双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:双馈交替极无轴承磁通反向电机拓扑是由12/14极交替极磁通反向电机演变而来,双馈交替极无轴承磁通反向电机在传统交替极磁通反向电机的基础上,在其定子齿上附加一套额外的悬浮力绕组;转子部分增加了一套转矩绕组,提高转矩密度;并且双馈交替极无轴承磁通反向电机的永磁体用量相比于传统磁通反向电机减半,且所有永磁体极性相同,永磁体旁的铁磁极靴自动充当另一极的作用;转矩绕组与悬浮绕组分别置于定子上,减少了磁场耦合;定子与转子间的气隙为主气隙,匝链绝大部分永磁磁链;定转子采用定子永磁型电机常用的双凸极结构,转子无永磁体,加强了转子的机械一体性。

3.根据权利要求2所述的双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:所述悬浮力绕组采用集中式绕组的连接方式,将其分为:I1,I2,I3,I4,I5,I6,共六相,用于产生径向悬浮力;每相悬浮力绕组由相对位置的两个绕组线圈串联而成,转矩绕组的每相都有四个绕组线圈串联而成,将其分为:A,B、C,共三相,用于产生转矩;其中,A、B、C三相的连接方式是类似的,每相差120°电角度。

4.根据权利要求3所述的双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:所述双馈交替极无轴承磁通反向电机工作原理为:双馈交替极无轴承磁通反向电机包含转矩磁场、悬浮磁场和永磁磁场,其中定子内部分别嵌有2套绕组,用来产生转矩磁场和悬浮力磁场,定子磁极采用交替极产生永磁磁场,为了增大转距密度,在转子内嵌有一套绕组产生转矩磁场;通过定子和转子的两套转矩绕组和定子中的一套悬浮绕组不同极对数磁场的叠加,使气隙磁场不能对称平衡,从而产生可以使转子悬浮的径向悬浮力,这种径向悬浮力能实现转子在径向稳定悬浮。

5.根据权利要求1所述的双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:所述电压方程为:双馈交替极无轴承磁通反向电机定转子绕组相电压包含定转子绕组电阻压降以及绕组磁链变化产生的感应电压,12定子极/14转子齿双馈交替极无轴承磁通反向电机在定子坐标系下的三相转矩绕组的电压平衡方程能写为:式中,Rs和Rr为定转子绕组相电阻, 和 分别为定子和转子绕组电压矩阵,如下面公式所示:

式中,usa,usb,usc分别为定子各相电压,ura,urb,urc,urd,ure,urf,urg分别为转子各相电压。

6.根据权利要求1所述的双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:所述磁链方程为:双馈交替极无轴承磁通反向电机在定子坐标系下的定子磁链方程和转子磁链方程分别如下式所示,由永磁磁链、定转子绕组自身的电枢反应磁链和定转子绕组之间的互感磁链组成;

将公式(5)和(6)简化为:

式中, 和 分别表示定子和转子绕组磁链矩阵, 和 分别为定子和转子绕组电

流矩阵, 和 分别表示定子和转子绕组电感矩阵, 和 表示定转子绕组之间

的互感矩阵, 和 分别表示定子永磁磁链和转子永磁磁链矩阵;

双馈交替极无轴承磁通反向电机定子永磁磁链谐波含量较低,转子永磁磁链主要包含基波分量;考虑主要的谐波成分,由于转矩绕组的空载永磁磁链有较好的正弦性,双馈交替极无轴承磁通反向电机定转子每相绕组匝链的永磁磁链表示为:ψmsi=ψmscos(psθm+θsi),i∈{a,b,c} (9)

ψmrj=ψmrcos(prθm+θrj),j∈{a,b,c,d,e} (10)

式中,ψms为定子永磁磁链基波幅值,ψmr为转子永磁磁链基波幅值;ps和pr分别表示和定转子绕组对应的永磁磁场极对数,θm表示转子机械位置角;转子位置定义为转子初始位置,此时θm等于零;θsi表示定子初相位,θrj表示转子初相位。

7.根据权利要求1所述的双馈交替极无轴承磁通反向电机的定子坐标系下数学模型,其特征在于:所述转矩方程为:双馈交替极无轴承磁通反向电机的平均转矩约等于定子绕组和转子绕组单独通电时产生的转矩之和;当其中一套电枢绕组发生故障被切除后,电机的电磁转矩由非故障绕组产生;由此,转矩绕组部分的三相电压方程式,定转子绕组由两台变频器同时供电,电机的输入功率与输出功率满足如下表达式:其中,P1为输入功率,P2为输出功率,Pcu表示定转子绕组总铜耗,ωm为转子机械角速度;

由公式(11)知,双馈交替极无轴承磁通反向电机的电磁转矩包含3个部分,包括磁阻转矩Trel,定转子电枢反应磁场相互作用产生的转矩Tsr和永磁转矩Tpm,分别表示为: