一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法技术

本发明专利技术公开了一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法，属于直线电机技术领域，与传统分析方法相比，本发明专利技术考虑了初级铁芯端部的影响，用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并求出初级铁芯两侧的比磁导，再基于初级铁芯结构得到两侧的磁导，然后利用磁通连续性原理建立等式，从而得到载流导体气隙磁动势模型；根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；然后基于绕组排布并通过矢量合成得到三相绕组的各空间谐波磁动势的幅值和相位；最后利用载流导体磁动势的平均分量分布特征，得到直线电机三相绕组产生的脉振磁动势。如此，本发明专利技术提供的分析方法能够更全面、准确地计算短初级直线电机绕组磁动势。

【技术实现步骤摘要】
一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法
本专利技术属于直线电机
，更具体地，涉及一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法。
技术介绍
直线电机是一种实现电能与直线运动的机械能相互转换的电磁装置，在要求长行程的应用场合中一般采用短初级结构，例如轨道交通中采用的短初级平板型直线感应电机、伺服系统中使用的短初级平板型永磁直线同步电机等。由于初级铁芯两侧开断，短初级直线电机三相绕组的磁路结构发生变化，使其绕组磁动势分布较旋转电机更为复杂，目前常见的短初级直线电机绕组结构有三种：整距单层绕组、分数槽集中绕组、短距半填充槽双层叠绕组。对前面两种绕组结构产生的谐波磁动势，一般直接采用旋转电机交流绕组理论进行分析；对第三种绕组结构产生的谐波磁动势，一般先将电机初级划分为“半填充槽-全填充槽-半填充槽”三个区域，再在每个区域内采用旋转电机交流绕组理论进行分析，也有部分研究忽略半填充槽的影响，直接采用旋转电机交流绕组理论进行分析。上述分析方法可以近似计算短初级直线电机绕组磁动势的基波分量和一般谐波分量，但不够准确且无法计算包括脉振磁动势和负序磁动势等其它谐波磁动势成分。因此，有必要提供一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法以准确计算出绕组磁动势在气隙中的分布情况。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法，用以解决现有的分析短初级直线电机初级绕组磁动势时，仅仅沿用旋转电机绕组磁动势分析结果，计算不够全面、准确的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法，包括以下步骤：S1：用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并求出初级铁芯两侧的比磁导，再基于初级铁芯结构得到两侧的磁导，然后利用磁通连续性原理建立等式，从而得到载流导体气隙磁动势模型；S2：根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；其中，短初级直线电机槽磁动势矢量与所述载流导体气隙磁动势模型中各谐波分量一一对应；S3：基于短初级直线电机槽磁动势矢量星形图计算各相绕组各对极谐波的绕组系数和相位；S4：根据短初级直线电机槽磁动势平均分量的分布特征以及绕组排布方式，分析计算短初级直线电机脉振磁动势的幅值和相位。进一步地，在所述步骤S3之后，还包括：对所述各相绕组各对极谐波的绕组系数和相位进行矩阵变换，得到各对极谐波磁动势的正向行波分量、反向行波分量所对应的绕组系数和初始相位。进一步地，所述步骤S2中根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图包括：基于旋转电机和短初级直线电机的对应关系，确定偏移矢量的幅值和相位；再将旋转电机槽磁动势矢量与所述偏移矢量进行合成，得到短初级直线电机槽磁动势矢量。进一步地，所述载流导体气隙磁动势模型可表示为：其中，式中，v为谐波极对数，I为槽内导体电流幅值，xc为导体所在的位置，L表示初级铁芯长度，H表示初级铁芯高度，δe表示等效电磁气隙长度。进一步地，所述步骤S3中包括常规绕组和非常规绕组的绕组系数和相位的计算，所述常规绕组包括单层绕组，所述非常规绕组包括半填充槽双层叠绕组。进一步地，当槽位于初级铁芯中线时，短初级直线电机槽磁动势平均分量为零，越靠近两端平均分量越大。进一步地，所述方法应用于铁芯工作点未饱和的短初级直线电机。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：相比于现有分析短初级直线电机初级绕组磁动势时，仅仅沿用旋转电机绕组磁动势的分析结果，本专利技术考虑了初级铁芯端部的影响，用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并求出初级铁芯两侧的比磁导，再基于初级铁芯结构得到两侧的磁导，然后利用磁通连续性原理建立等式，从而得到载流导体气隙磁动势模型；根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；最终分析计算短初级直线电机脉振磁动势的幅值和相位。本专利技术提供的分析方法能够更全面、准确地计算短初级直线电机绕组磁动势。附图说明图1为本专利技术提供的一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法的流程图；图2为本专利技术提供的从旋转电机到短初级直线电机的变化过程及对应关系示意图；图3为本专利技术提供的短初级直线电机通电导体气隙磁动势分布示意图；图4为本专利技术提供的旋转电机与短初级直线电机槽磁动势矢量对应关系示意图；图5为本专利技术提供的槽磁动势平均分量随槽号的变化关系示意图；图6为本专利技术实施例一提供的基波槽磁动势矢量星形图及绕组分相示意图，其中，图6-1为旋转电机槽磁动势矢量星形图，图6-2为短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；图7为本专利技术实施例二提供的基波槽磁动势矢量星形图及绕组分相示意图，其中，图7-1为旋转电机槽磁动势矢量星形图，图7-2为短初级直线电机槽磁动势矢量星形图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，为本专利技术提供的一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法的流程图，包括以下步骤：S1：用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并求出初级铁芯两侧的比磁导，再基于初级铁芯结构得到两侧的磁导，然后利用磁通连续性原理建立等式，从而得到载流导体气隙磁动势模型；S2：根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；其中，短初级直线电机槽磁动势矢量与所述载流导体气隙磁动势模型中各谐波分量一一对应；S3：基于短初级直线电机槽磁动势矢量星形图计算各相绕组各对极谐波的绕组系数和相位；S4：根据短初级直线电机槽磁动势平均分量的分布特征以及绕组排布方式，分析计算短初级直线电机脉振磁动势的幅值和相位。下面具体说明载流导体气隙磁动势模型的建立过程。在忽略铁芯磁压降、铁芯损耗、齿谐波，用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并仅考虑气隙磁动势法向分量的条件下，建立载流导体气隙磁动势模型。(1)等效电磁气隙长度经卡特系数修正为：式中，τs为槽距，bo为槽口宽度，δ为物理气隙长度。(2)设电机中部气隙比磁导最大为λmax，定义相对比磁导：式中μ0为真空磁导率，λ为比磁导。(3)通过Schwarz-Christoffel变换，端部附近的气隙比磁导与位置x的关系可表示为：将对数项做Taylor极数展开，取首项可近似解得：(4)气隙磁动势模型可表示为：式中，xc为导体所在位置。(5)根据安培环路定律：Fr-Fl＝I，端部磁导可解为：其中，式中，D和H分别表示初级铁芯的横向长度和高度。导体两侧的磁导：...

【技术保护点】
1.一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并求出初级铁芯两侧的比磁导，再基于初级铁芯结构得到两侧的磁导，然后利用磁通连续性原理建立等式，从而得到载流导体气隙磁动势模型；/nS2：根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；其中，短初级直线电机槽磁动势矢量与所述载流导体气隙磁动势模型中各谐波分量一一对应；/nS3：基于短初级直线电机槽磁动势矢量星形图计算各相绕组各对极谐波的绕组系数和相位；/nS4：根据短初级直线电机槽磁动势平均分量的分布特征以及绕组排布方式，分析计算短初级直线电机脉振磁动势的幅值和相位。/n

【技术特征摘要】
1.一种短初级直线电机绕组磁动势分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：用卡特系数修正等效电磁气隙长度，并求出初级铁芯两侧的比磁导，再基于初级铁芯结构得到两侧的磁导，然后利用磁通连续性原理建立等式，从而得到载流导体气隙磁动势模型；
S2：根据旋转电机槽磁动势矢量星形图绘制短初级直线电机槽磁动势矢量星形图；其中，短初级直线电机槽磁动势矢量与所述载流导体气隙磁动势模型中各谐波分量一一对应；
S3：基于短初级直线电机槽磁动势矢量星形图计算各相绕组各对极谐波的绕组系数和相位；
S4：根据短初级直线电机槽磁动势平均分量的分布特征以及绕组排布方式，分析计算短初级直线电机脉振磁动势的幅值和相位。


2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，还包括：
对所述各相绕组各对极谐波的绕组系数和相位进行矩阵变换，得到各对极谐波磁动势的正向行波分量、反向行波分量所对应的绕组系数和初始相位。


3.如权利要求1或2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S2中根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛健，徐伟，熊飞，苏京悦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42