一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法技术

本发明专利技术涉及一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，包括如下步骤：S1、按照电机尺寸方程，根据输入功率来确定电机主要尺寸参数；S2、根据转矩要求确定转矩绕组参数；S3、根据转子偏心受到的单边磁拉力和重力来确定电机单位安培电流径向悬浮力要求，搭建计及转子偏心工况和负载工况的径向电磁力模型；S4、设计悬浮力绕组参数。本发明专利技术的设计方法具有较高的计算精度，并且计算时间短，为超高速无轴承永磁同步电机设计及优化提供参考。永磁同步电机设计及优化提供参考。永磁同步电机设计及优化提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法


[0001]本专利技术属于电机设备
，具体涉及一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，超高速无轴承永磁同步电机因其具有高功率密度、高效、结构紧凑、动态响应快等优势而受到了广泛关注，在车用氢燃料电池空压机领域具有广阔的应用前景。超高速无轴承永磁同步电机继承了磁悬浮轴承低能耗、高效传动特性优势，还弥补了轴向尺寸长的缺陷。
[0003]超高速无轴承永磁同步电机的磁场十分复杂，包含永磁体产生的磁场，电磁转矩绕组和悬浮力绕组这两套绕组产生的磁场，各磁路相互耦合；超高速无轴承永磁同步电机在设计时，不仅需要考虑转矩要求，还需要考虑悬浮力要求，因此电机优化设计的难度较大。
[0004]本专利技术的设计方法更复合实际工况，根据给定输入功率确定电机的主要尺寸参数，并按照转矩要求确定转矩绕组参数，然后根据单位安培电流径向悬浮力要求设计悬浮力绕组。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，具有较高的计算精度，并且计算时间短，为超高速无轴承永磁同步电机设计及优化提供参考。
[0006]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
[0008]S1、按照电机尺寸方程，根据输入功率来确定电机主要尺寸：
[0009][0010]其中：D为电枢直径；
[0011]l为转子有效长度；
[0012]P'为电机输入功率；
[0013]α
i
为极弧系数；
[0014]K
BM
为气隙磁场波形系数；
[0015]K
wM
为定子基波转矩绕组系数；
[0016]A
M
为转矩绕组电负荷；
[0017]B
δ,M
为永磁体在气隙处产生的磁密幅值；
[0018]S2、根据经验选择转矩绕组电负荷A
M
，确定转矩绕组每槽导体数N
C,M
：
[0019][0020]其中：a
M
为转矩绕组并联支路数；
[0021]I
M
转矩绕组额定电流；
[0022]m
M
转矩绕组相数；
[0023]p
M
转矩绕组极对数；
[0024]q
M
转矩绕组每极每相槽数；
[0025]S3、基于麦克斯韦应力法，研究转子偏心和负载工况对径向悬浮力的影响，建立无轴承永磁同步电机的径向悬浮力数学模型，其在x轴和y轴方向上的分量表示为：
[0026][0027][0028]其中：r为转子外径；
[0029]B
δ,B
悬浮绕组在气隙处产生的磁密幅值；
[0030]μ0为真空磁导率；
[0031]μ和λ为转矩绕组和悬浮绕组气隙磁动势基波的空间初始相位角；
[0032]N
M
为转矩绕组每相串联匝数；
[0033]m
B
为悬浮绕组相数；
[0034]N
B
为悬浮绕组每相串联匝数；
[0035]I
B
为悬浮绕组额定电流；
[0036]ε为定、转子偏心距与不偏心时电机平均气隙的比值；
[0037]θ为定、转子中心的连线与x轴的夹角；
[0038]悬浮绕组在气隙处产生的磁密幅值B
δ,B
由悬浮绕组电负荷A
B
表示为：
[0039][0040]其中：K
W,B
为悬浮绕组系数，它表示采用短距线圈和分布绕组时，基波电动势应打的折扣；
[0041]δ为电机的气隙大小；
[0042]p
B
为悬浮绕组极对数；
[0043]悬浮绕组电负荷A
B
可表示为：
[0044][0045]在不偏心的理想状态下，径向悬浮力在x轴和y轴方向上的分量可近似表示为：
[0046][0047]S4、根据转矩系统设计得到的电机主要尺寸参数和负载工况及单位安培悬浮绕组电流产生悬浮力设计要求，导出悬浮绕组每相串联匝数N
B
为：
[0048][0049]进而可求出悬浮绕组每槽导体数N
C,B
为：
[0050][0051]其中：a
B
为悬浮绕组并联支路数；
[0052]Z为电机槽数。
[0053]本专利技术的优点和有益效果为：
[0054]1、本专利技术的超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，结合实际运行工况及应用领域，建立计及负载工况下的径向电磁力模型，考虑转子偏心而产生的单边磁拉力影响，满足工程实际的需要，以保证对电机电磁性能进行准确设计。
[0055]2、本专利技术的超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，根据给定输入功率和单位安培电流径向悬浮力确定电机主要尺寸和绕组参数，具有较高的计算精度，并且计算时间很短。
[0056]3、本专利技术的超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，适用于各类无轴承电机，尤其是对于超高速永磁电机，有助于在设计初级阶段，对电机主要尺寸及绕组结构进行初步计算；在优化设计阶段，以其更准确的计算精度进行校核，确保电磁设计的准确性和高效性。
附图说明
[0057]图1为转子偏心示意图。
具体实施方式
[0058]下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。
[0059]本专利技术基于麦克斯韦应力法，结合实际转子偏心工况和负载工况进行建模，根据给定输入功率和单位安培电流径向悬浮力确定电机主要尺寸和绕组参数，具体实施步骤如下：
[0060]步骤一：转矩系统设计，确定电机主要尺寸参数
[0061]按照电机尺寸方程，根据输入功率来确定电机转子主要尺寸：
[0062][0063]式中：D为电枢直径；
[0064]l为转子有效长度；
[0065]P'为电机输入功率；
[0066]α
i
为极弧系数；
[0067]K
BM
为气隙磁场波形系数；
[0068]K
wM
为定子基波转矩绕组系数；
[0069]A
M
为转矩绕组电负荷；
[0070]B
δ,M
为永磁体在气隙处产生的磁密幅值。
[0071]根据经验选择转矩绕组电负荷A
M
，就可以确定转矩绕组每槽导体数N
C,M
为：
[0072][0073]式中：a
M
为转矩绕组并联支路数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高速无轴承永磁同步电机的电磁设计方法，其特征在于：所述方法的步骤为：S1、按照电机尺寸方程，根据输入功率来确定电机主要尺寸：其中：D为电枢直径；l为转子有效长度；P'为电机输入功率；α
i
为极弧系数；K
BM
为气隙磁场波形系数；K
wM
为定子基波转矩绕组系数；A
M
为转矩绕组电负荷；B
δ,M
为永磁体在气隙处产生的磁密幅值；S2、根据经验选择转矩绕组电负荷A
M
，确定转矩绕组每槽导体数N
C,M
：其中：a
M
为转矩绕组并联支路数；I
M
转矩绕组额定电流；m
M
转矩绕组相数；p
M
转矩绕组极对数；q
M
转矩绕组每极每相槽数；S3、基于麦克斯韦应力法，研究转子偏心和负载工况对径向悬浮力的影响，建立无轴承永磁同步电机的径向悬浮力数学模型，其在x轴和y轴方向上的分量表示为：永磁同步电机的径向悬浮力数学模型，其在x轴和y轴方向上的分量表示为：其中：r为转子外径；B
δ,B
悬浮绕组在气隙处产...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓远，李娜，王力新，徐煜昊，李天元，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：