基于转子廓型和磁场耦合的电‑永磁转子系统设计方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于转子廓型和磁场耦合的电‑永磁转子系统设计方法，包括如下步骤：步骤一，转子轮廓设计；步骤二，磁场耦合快速算法；步骤三，驱动机构的控制方法设计；本发明专利技术是对电‑永磁转子直接驱动系统的一种完整设计方案，从最初的转子轮廓一直延伸到磁场计算，最后到提出控制驱动系统的可行办法。由这种设计方法所完成的驱动系统设计，能够藉由电流的控制直接决定系统的位移、速度、加速度输出，在电磁学计算方面，提出了一种基于环形电流线圈的永磁体磁场计算方式，相较于其他电磁学商用计算器软件能更快地进行多变量求解，且大幅度的缩短前期设计所需投入的时间成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电磁-永磁耦合驱动器系统辅助设计流程
，具体地，涉及一 种。
技术介绍
在电-永磁耦合直接驱动器中，永磁转子的轮廓外型直接的影响驱动器输出的性 能，因此需要制定一套设计转子轮廓的流程，来满足驱动器的特定输出要求。此外由于转子 是藉由永磁体磁场与外加电磁场耦合产生力矩进行驱动，必须计算磁场耦合的结果。然而 使用一般商业大型电磁学计算软件并不能快速地得到计算结果，求解时间长是目前商用软 件的缺点，因此有必要提出一套对电磁场与永磁体磁场耦合计算的算法。最后由于控制需 求，需要给出一种对电-永磁耦合直接驱动器的控制方法。 目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资 料。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于转子廓型和磁场耦合的 电-永磁转子系统设计方法，该方法是针对驱动器中永磁体转子的轮廓设计流程、快速求 解电-永磁场耦合算法以及电磁-永磁耦合驱动器系统可行控制方式提出的，包括三大范 畴：一是刚体力学部分，内容涉及转子轮廓的设计；二是电磁学部分，内容涉及磁场耦合快 速算法；三是电流控制部分，内容涉及驱动机构的控制方法。 本专利技术是通过以下技术方案实现的。 一种，包括如下步骤： 步骤一，转子轮廓设计； 步骤二，磁场耦合快速算法； 步骤三，驱动机构的控制方法设计； 其中， 所述步骤一包括如下步骤： 步骤1.1，使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计； 步骤1. 2,对步骤1. 1输出的转子轮廓曲线进行曲线评判； 步骤1. 3,对步骤1. 2中评判后的转子轮廓曲线进行转子偏摆区间选用； 步骤1. 4,求步骤1. 3中转子偏摆过程所需的最小力矩； 所述步骤二包括如下步骤： 步骤2. 1，对磁场中的永磁体线圈等效处理； 步骤2. 2,计算步骤2. 1中经过线圈等效后的永磁体表面磁场分布； 步骤2· 3,计算外加螺线管线圈磁场分布； 步骤2. 4,计算转子上的磁力矩，并求得转角外加螺线管激励电流-力矩三参量曲 线；所述转角-外加螺线管激励电流-力矩三参量曲线，是指：单元上的磁力后通过合力矩 公式求出不同偏转角度之下，受不同外加激励螺线管线圈电流所产生的对应力矩曲线； 步骤2· 5,寻找三参量曲线中对应工作区间的螺线管激励电流的加载方式； 所述步骤三包括如下步骤： 步骤3· 1，利用步骤2. 5产生的偏转过程及螺线管激励电流加载方式，进行电流控 制。 优选地，所述步骤1· 1具体为：使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计，如 下式： Η( Θ ) =A1cos(ji 0)+A2cos(2 3i Θ)+Κ (1) ν ( θ ) =-Aj π sin ( π θ )-Α2 (2 π ) sin (2 π θ ) ⑵ a(9) =-A1h2cos(h θ )-Α2(2 π )2c〇s(2 π θ) ⑶ j ( θ ) = Α: π 3sin (π θ ) +Α2 (2 π ) 3sin (2 π θ ) ⑷ 式⑴?⑷中，Η( θ )是输出位移曲线，ν( θ )是输出速度曲线，a( θ )是输出加 速度曲线，j(0)是输出加速度的导数曲线，Θ是归一化后的转子偏转角，4与^分别为输 出位移曲线表达式Η(θ)中余弦函数的待定系数，K为输出位移曲线表达式Η(θ)中的待 定常数；同时，由输出最大位移s、速度V、加速度α的边界条件：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于转子廓型和磁场耦合的电‑永磁转子系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，转子轮廓设计；步骤二，磁场耦合快速算法；步骤三，驱动机构的控制方法设计；其中，所述步骤一包括如下步骤：步骤1.1，使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计；步骤1.2，对步骤1.1输出的转子轮廓曲线进行曲线评判；步骤1.3，对步骤1.2中评判后的转子轮廓曲线进行转子偏摆区间选用；步骤1.4，求步骤1.3中转子偏摆过程所需的最小力矩；所述步骤二包括如下步骤：步骤2.1，对磁场中的永磁体线圈等效处理；步骤2.2，计算步骤2.1中经过线圈等效后的永磁体表面磁场分布；步骤2.3，计算外加螺线管线圈磁场分布；步骤2.4，计算转子上的磁力矩，并求得转角外加螺线管激励电流‑力矩三参量曲线；所述转角外加螺线管激励电流‑力矩三参量曲线，是指：单元上的磁力后通过合力矩公式求出不同偏转角度之下，受不同外加激励螺线管线圈电流所产生的对应力矩曲线；步骤2.5，寻找三参量曲线中对应工作区间的螺线管激励电流的加载方式；所述步骤三包括如下步骤：步骤3.1，利用步骤2.5产生的偏转过程及螺线管激励电流加载方式，进行电流控制。

【技术特征摘要】
1. 一种基于转子廓型和磁场稱合的电-永磁转子系统设计方法，其特征在于，包括如 下步骤： 步骤一，转子轮廓设计； 步骤二，磁场耦合快速算法； 步骤三，驱动机构的控制方法设计； 其中， 所述步骤一包括如下步骤： 步骤1.1，使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计； 步骤1. 2,对步骤I. 1输出的转子轮廓曲线进行曲线评判； 步骤1. 3,对步骤1. 2中评判后的转子轮廓曲线进行转子偏摆区间选用； 步骤1. 4,求步骤1. 3中转子偏摆过程所需的最小力矩； 所述步骤二包括如下步骤： 步骤2. 1，对磁场中的永磁体线圈等效处理； 步骤2. 2,计算步骤2. 1中经过线圈等效后的永磁体表面磁场分布； 步骤2. 3,计算外加螺线管线圈磁场分布； 步骤2. 4,计算转子上的磁力矩，并求得转角外加螺线管激励电流-力矩三参量曲线； 所述转角外加螺线管激励电流-力矩三参量曲线，是指：单元上的磁力后通过合力矩公式 求出不同偏转角度之下，受不同外加激励螺线管线圈电流所产生的对应力矩曲线； 步骤2. 5,寻找三参量曲线中对应工作区间的螺线管激励电流的加载方式； 所述步骤三包括如下步骤： 步骤3. 1，利用步骤2. 5产生的偏转过程及螺线管激励电流加载方式，进行电流控制。2. 根据权利要求1所述的基于转子廓型和磁场耦合的电-永磁转子系统设计方法，其 特征在于，所述步骤I. 1具体为：使用双谐波函数进行转子轮廓曲线的初步设计，如下式： H( 0 ) =A1Cos(0 )+A2Cos(2 0)+K (1) V ( 0 ) =-A1sin〇 0 )-A2 (2 )sin(2 0 ) (2) a( 0 ) =-A12cos〇 0 )-A2(2 )2cos(2 0 ) (3) j(0) =A13sin(0 )+A2 (2 )3sin(2 0) (4) 式⑴?⑷中，H( 0 )是输出位移曲线，v( 0 )是输出速度曲线，a( 0 )是输出加速度 曲线，j(e)是输出加速度的导数曲线，9是归一化后的转子偏转角，A1与A2分别为输出位 移曲线表达式H(0)中余弦函数的待定系数，K为输出位移曲线表达式H(0)中的待定常 数；同时，由输出最大位移s、速度V、加速度a的边界条件： 'v= 0O=O^v =O a= 0 (5) =h 0=1V= 0 a^0 (6) 求得双谐波轮廓函数中的待定系数，式（6)中，h为输出推程中的最大推程数值。3. 根据权利要求1所述的基于转子廓型和磁场耦合的电-永磁转子系统设计方法，其 特征在于，所述步骤1. 2具体为： 利用步骤I. 1中得到的输出位移曲线H( 0 )、输出速度曲线v( 0 )、输出加速度曲线a( 9 )、输出加速度的导数曲线j( 0 )来评定初步设计的转子轮廓曲线是否满足最大输出 推成要求以及加速度线性度要求； 若初步设计的转子轮廓曲线满足最大输出推成要求以及加速度线性度要求，便完成了 转子轮廓曲线的设计； 若初步设计的转子轮廓曲线未满足最大输出推成要求以及加速度线性度要求，则重复 步骤I. 1和步骤1. 2,直至初步设计的转子轮廓曲线满足要求。4. 根据权利要求1所述的基于转子廓型和磁场耦合的电-永磁转子系统设计方法，其 特征在于，所述步骤1. 3具体为： 基于步骤1. 2所得出的转子轮廓曲线，选用输出加速度曲线a( 0 )中线性度最好...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖淳凯，杨斌堂，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31