一種開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法，尤其適用于各種相數(shù)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻直線電機(jī)，屬于開關(guān)磁阻直線電機(jī)建模與控制領(lǐng)域。其特征在于，由開關(guān)磁阻直線電機(jī)的動(dòng)子槽中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置xu、動(dòng)子齒前沿與定子齒前沿對齊的動(dòng)子位置x0、動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng)子位置x1/4、動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng)子位置x1/2、動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置x3/4、動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置xa的六種磁路中各磁阻分量的全部計(jì)算公式組合構(gòu)成開關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁路模型，無需采用電機(jī)電磁場有限元法計(jì)算電機(jī)的磁特性，計(jì)算快，適用于各種相數(shù)結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻直線電機(jī)，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻直線電機(jī)系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)仿真與實(shí)時(shí)控制，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】
_種開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法，尤其適用于各種相數(shù)結(jié)構(gòu)開關(guān) 磁阻直線電機(jī)，屬于開關(guān)磁阻直線電機(jī)建模與控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)磁阻直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、可靠性高、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí) 還可直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，無需中間機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，提高了能量的轉(zhuǎn)化效 率。但由于開關(guān)磁阻直線電機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)和磁飽和特性，造成其模型的高度非線性，數(shù)學(xué) 解析模型復(fù)雜。目前開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁特性主要是采用電機(jī)電磁場有限元方法計(jì)算出開 關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁化特性，且二維有限元電磁場計(jì)算難以全面揭示開關(guān)磁阻直線電機(jī)的 磁特性，往往需要三維有限元電磁場計(jì)算開關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁化特性，有限元電磁場計(jì) 算時(shí)間長、所占的計(jì)算存儲空間大，特別是三維有限元電磁場計(jì)算時(shí)間更長、所占的計(jì)算存 儲空間更大，使得開關(guān)磁阻直線電機(jī)的計(jì)算分析周期長，有限元法建立的開關(guān)磁阻直線電 機(jī)磁化特性模型難以實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻直線電機(jī)系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)仿真與實(shí)時(shí)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述技術(shù)中存在問題，提供一種方法簡單、能實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻直線電機(jī)系統(tǒng)快 速設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)仿真與實(shí)時(shí)控制的開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法。
[0005] 開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路經(jīng)過定子齒、氣隙、動(dòng)子齒、動(dòng)子輒部、動(dòng)子齒、氣隙、定子 齒、定子輒部、定子齒、氣隙、動(dòng)子齒、動(dòng)子輒部、動(dòng)子齒、氣隙、定子齒、定子輒部閉合，有六 個(gè)動(dòng)子位置的六種磁路。六個(gè)動(dòng)子位置是:動(dòng)子槽中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置 xu，動(dòng)子齒前沿與定子齒前沿對齊的動(dòng)子位置xo，動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的 動(dòng)子位置X1/4,動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4,動(dòng)子齒與定子齒重 疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4,動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa。
[0006] 在動(dòng)子位置Xu處，氣隙磁阻分量Rgl是
式中Ls是定子疊厚，μ〇是空氣的相對磁導(dǎo)率;氣隙磁阻分量Rg2是
式中Cs是定子槽寬，Lp是定子齒長;氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c和3d四部分，3a部分 的氣隙磁阻分量Rg3a是
式中Lst是動(dòng)子齒長，Cm是動(dòng)子槽寬，δ是氣隙長度，Bs是定子齒寬。3b、3c和3d部分磁阻 分量的平均長度可以近似為以AB為半徑、V3為弧度的弧，氣隙磁阻分量Rg3b是
式中Lm是動(dòng)子疊厚;氣隙磁阻分量Rg3。是 氣隙磁阻分量Rg3d是

式中Bm是動(dòng)子齒寬度;根據(jù)磁路的基本定律可得氣隙磁阻分量Rg3是
定子齒磁阻分量Rspl是
式中Uspl是定子齒磁阻分量Rspl的相對磁導(dǎo)率;定子齒磁阻分量Rsp2是
式中Usp2是定子齒磁阻分量Rsp2的相對磁導(dǎo)率;定子齒磁阻分量Rsp3是
式中Usp3是定子齒磁阻分量Rsp3的相對磁導(dǎo)率;定子輒磁阻分量Rsyl是
式中Hy是定子輒寬度，USyl是定子輒磁阻分量RSyl的相對磁導(dǎo)率;定子輒磁阻分量R Sy2是
式中Usy2是定子輒磁阻分量Rsy2的相對磁導(dǎo)率;動(dòng)子齒磁阻分量Rrp是
式中Urp是動(dòng)子齒磁阻分量Rrp的相對磁導(dǎo)率;動(dòng)子輒磁阻分量Rry是
式中l(wèi)·%是動(dòng)子輒磁阻分量Rry的相對磁導(dǎo)率，Hm是動(dòng)子輒寬度；電機(jī)定子繞組上阻鏈磁 阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量Fl是
式中N是每相定子繞組匝數(shù)，I是勵(lì)磁電流;電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量1?_產(chǎn)生的磁 動(dòng)勢分量F2是
電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是
由上述動(dòng)子位置Xu處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 XU處的磁路模型。
[0007] 在動(dòng)子位置1〇處，氣隙磁阻分量1^3分為33、313、3(3和3(1四部分，磁阻分量1^1、1^33、 1^3(1、1^3、1^1、1^1、1^2、1^和1^計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置111處的相同。氣隙磁阻分量1^2是
在動(dòng)子位置xq處，電機(jī)定子繞組上I?鏈磁阻分量Rspi產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量Fi的計(jì)算公式 與所述動(dòng)子位置XU處的相同。電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量內(nèi)是
電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是
由上述動(dòng)子位置XQ處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 X0處的磁路模型。
[0008] 在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4處，氣隙磁阻分量Rgi計(jì) 算公式與所述動(dòng)子位置Xu處，氣隙磁阻分量Rg2是
氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c、3d和3e五部分，3a部分的氣隙磁阻分量Rg3a是
3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是

定子齒磁阻分量Rspl計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置X1/4處，在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一 定子齒寬的動(dòng)子位置Xl/4處，定子齒部分局部飽和，定子齒等效為階梯定子齒，定子齒磁阻 分量RSp2是
在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4處，磁阻分量Rsyl、RSy2、Rrp、 Rry計(jì)算公式與動(dòng)子位置Xu處的相同。電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量RsPl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢Fh Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F2和Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與動(dòng)子XQ位置處的相同。由上述動(dòng)子 位置X1/4處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置X1/4處的磁路模 型。
[0009] 在動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng)子位置xi/2處，氣隙磁阻分量Rgi、氣 隙磁阻分量Rg2計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置xi/4處的相同，氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c、3d 和3e五部分，3a部分的氣隙磁阻分量Rg3a是

氣隙磁阻分量Rg3的計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置X1/4處的相同，在動(dòng)子齒與定子齒重疊二 分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/2處，定子齒磁阻分量Rspl、Rsp2和Rsp3的計(jì)算公式與動(dòng)子位置 XV4處的相同，并且也采用階梯定子齒等效局部飽和，定子軛部磁阻分量RsyjPRsy2、動(dòng)子齒 磁阻分量R rp、動(dòng)子軛部磁阻分量Rry的計(jì)算公式與動(dòng)子位置處的相同，電機(jī)定子繞組上匝 鏈磁阻分量R SP1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F2和Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與所 述動(dòng)子XQ位置處的相同。由上述動(dòng)子位置X1/2處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可 得到電機(jī)在動(dòng)子位置 Xl/2處的磁路模型。
[00?0] 在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4處，氣隙磁阻分量Rgl的 計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置Xl/4處的相同，氣隙磁阻分量Rg2是
氣隙磁阻分量Rg3與所述動(dòng)子位置X1/4處的相同，在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之三定子 齒寬的動(dòng)子位置X3/4處定子齒磁阻分量Rspl的計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置X1/4處的相同，并且 也采用階梯定子齒等效局部飽和，定子齒磁阻分量1?_是
定子齒磁阻分量Rsp3是
定子輒部磁阻分量Rsyl和Rsy2、動(dòng)子齒磁阻分量Rrp、動(dòng)子輒部磁阻分量Rry的計(jì)算公式與 所述動(dòng)子位置Xu處的相同，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢Fi的計(jì)算公式 與所述動(dòng)子位置 Xu處的相同，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量內(nèi)是
電機(jī)定子繞組上0i鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是
由上述動(dòng)子位置X3/4處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位 置X3/4處的磁路模型。
[0011] 在動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa處，氣隙磁阻分量Rgl的計(jì)算公 式與所述動(dòng)子位置Xu處的相同，氣隙磁阻分量Rg2的計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置X1/4處的相同， 氣隙磁阻分量Rg3是
在動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa處，定子齒磁阻分量Rspl的計(jì)算公 式與所述動(dòng)子位置Xu處的相同，定子齒磁阻分量Rsp2的計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置X3/4處的相 同，定子齒磁阻分量1^3是
電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量RSP1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢FhRw產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F2和Rsp3產(chǎn)生的 磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與所述動(dòng)子位置X3/4處的相同。由上述動(dòng)子位置Xa處的各磁阻分量和磁 動(dòng)勢的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置^處的磁路模型。
[0012] 由上述六個(gè)動(dòng)子位置的六種磁路中各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的全部計(jì)算公式組 合構(gòu)成開關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁路模型。
[0013] 有益效果:本發(fā)明對各種相數(shù)結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻直線電機(jī)適用。開關(guān)磁阻直線電機(jī) 有六個(gè)特殊動(dòng)子位置，即開關(guān)磁阻直線電機(jī)的動(dòng)子槽中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位 置 Xu、動(dòng)子齒前沿與定子齒前沿對齊的動(dòng)子位置X0、動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬 的動(dòng)子位置X1/4、動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/2、動(dòng)子齒與定子齒 重疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4、動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa。 由上述六個(gè)動(dòng)子位置的六種磁路中各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的全部計(jì)算公式組合構(gòu)成開 關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁路模型，無需采用電機(jī)電磁場有限元法計(jì)算電機(jī)的磁特性，計(jì)算快，能 實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻直線電機(jī)系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)仿真與實(shí)時(shí)控制，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)結(jié)構(gòu)圖及典型動(dòng)子位置的磁場分布示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)等效磁路示意圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子位置Xu處的局部氣隙磁通分布示意圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子位置Xu處的各個(gè)區(qū)域的局部氣隙磁通分 布放大示意圖。
[0018] 圖5是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子位置xo處的局部氣隙磁通分布示意圖。
[0019] 圖6是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng) 子位置X1/4處的局部氣隙磁通分布示意圖。
[0020] 圖7是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng) 子位置X1/2處的局部氣隙磁通分布示意圖。
[0021] 圖8是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之三定子齒寬的動(dòng) 子位置X3/4處的局部氣隙磁通分布示意圖。
[0022] 圖9是本發(fā)明的開關(guān)磁阻直線電機(jī)在動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位 置^處的局部氣隙磁通分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。
[0024] 如圖1所示，為雙邊開關(guān)磁阻直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其典型動(dòng)子位置磁場分布示意圖， 開關(guān)磁阻直線電機(jī)相繞組也、8 2、83、84勵(lì)磁，其磁路經(jīng)過定子齒、氣隙、動(dòng)子齒、動(dòng)子輒部、動(dòng) 子齒、氣隙、定子齒、定子輒部、定子齒、氣隙、動(dòng)子齒、動(dòng)子輒部、動(dòng)子齒、氣隙、定子齒、定子 輒部閉合，等效磁路如圖2所示。根據(jù)開關(guān)磁阻直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的對稱性及其磁路的基本定律 可將圖2a)所示磁路等效為圖2b)所示磁路。其中氣隙磁阻分三部分，即氣隙磁阻分量R gl、 Rg2、Rg3，定子齒磁阻分三部分，即定子齒磁阻分量Rspl、R sp2、Rsp3，定子輒部磁阻分兩部分，即 定子輒部磁阻分量Rsyl和Rsy2，動(dòng)子齒磁阻分量是Rrp，動(dòng)子輒部磁阻分量是Rry，電機(jī)定子繞 組上匝鏈磁阻分量Rs Pl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量是Fi，其磁通分量是Φ i，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻 分量Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量是F2，其磁通分量是Φ 2，電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢分量是F3，其磁通分量是Φ 3。
[0025] 該雙邊開關(guān)磁阻直線電機(jī)六個(gè)特殊動(dòng)子位置是:動(dòng)子槽中心線與定子齒中心線對 齊的動(dòng)子位置Xu，動(dòng)子齒前沿與定子齒前沿對齊的動(dòng)子位置XQ，動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之 一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4,動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/2,動(dòng)子 齒與定子齒重疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4,動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的 動(dòng)子位置Xa〇
[0026] 在動(dòng)子位置Xu處局部氣隙磁通分布示意圖如圖3所示，各個(gè)區(qū)域的局部氣隙磁通 分布放大示意圖如圖4所示，氣隙磁阻分量R gl是
式中Ls是定子疊厚，μ〇是空氣的相對磁導(dǎo)率;氣隙磁阻分量Rg2是
式中Cs是定子槽寬，LP是定子齒長;如圖3和圖4所不，氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c和 3d四部分，3a部分的氣隙磁阻分量Rg3a是
式中Lst是動(dòng)子齒長，Cm是動(dòng)子槽寬，δ是氣隙長度，Bs是定子齒寬。3b、3c和3d部分磁阻 分量的平均長度可以近似為以AB為半徑、V3為弧度的弧，3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是
式中l(wèi)·%是動(dòng)子輒磁阻分量Rry的相對磁導(dǎo)率，Hm是動(dòng)子輒寬度；電機(jī)定子繞組上阻鏈磁 阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量Fl是
式中N是每相定子繞組匝數(shù)，I是勵(lì)磁電流；電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量1^2產(chǎn)生的磁 動(dòng)勢分量F2是
電機(jī)定子繞組上0i鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是
由上述動(dòng)子位置Xu處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 Xu處的磁路模型。
[0027] 在動(dòng)子位置X0處局部氣隙磁通分布示意圖如圖5所示，氣隙磁阻分量Rg3分為3a、 313、3〇和3(1四部分，磁阻分量1^1為33為3(]為3、1^1、1^1、1^2、1^和1^計(jì)算公式與動(dòng)子位置111 處的相同。氣隙磁阻分量Rg2是
在動(dòng)子位置xq處，電機(jī)定子繞組上0?鏈磁阻分量Rspi產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量Fi的計(jì)算公式 與動(dòng)子位置Xu處的相同。電機(jī)定子繞組上0i鏈磁阻分量Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F2是
電機(jī)定子繞組上0i鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是
由上述動(dòng)子位置XQ處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 X0處的磁路模型。
[0028] 在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4處局部氣隙磁通分布示 意圖如圖6所示，氣隙磁阻分量R gl計(jì)算公式與動(dòng)子位置^處的相同，氣隙磁阻分量Rg2是
氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c、3d和3e五部分，3a部分的氣隙磁阻分量Rg3a是
3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是
定子齒磁阻分量Rspl計(jì)算公式與與動(dòng)子位置Xu處的相同，在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分 之一定子齒寬的動(dòng)子位置XV4處，定子齒部分局部飽和，定子齒等效為階梯定子齒，定子齒 磁阻分量Rsp2是
在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4處，磁阻分量Rsyl、Rsy2、Rrp、 Rry計(jì)算公式與動(dòng)子位置^處的相同。電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量RSP1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢Fi、 Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F2和RsP3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與動(dòng)子XQ位置處的相同。由上述動(dòng)子 位置X1/4處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置X1/4處的磁路模 型。
[0029] 在動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/2處局部氣隙磁通分布示 意圖如圖7所示，氣隙磁阻分量Rgl計(jì)算公式與動(dòng)子位置xu處相同，氣隙磁阻分量Rg2計(jì)算公式 與動(dòng)子位置xi/4處的相同，氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c、3d和3e五部分，3a部分的氣隙磁 阻分量Rg3a是
3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是
3c部分的氣隙磁阻分量Rg3。是
氣隙磁阻分量Rg3計(jì)算公式與動(dòng)子位置X1/4處的相同，在動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之一 定子齒寬的動(dòng)子位置X1/2處，定子齒磁阻分量Rspl、Rsp2和Rsp3的計(jì)算公式與動(dòng)子位置X1/4處的 相同，并且也采用階梯定子齒等效局部飽和，定子軛部磁阻分量R syjPRsy2、動(dòng)子齒磁阻分量 Rrp、 動(dòng)子輒部磁阻分量Rry的計(jì)算公式與動(dòng)子位置Xu處的相同，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分 量RSP1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢FhRsM產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F#PRsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與動(dòng)子X0位置 處的相同。由上述動(dòng)子位置 xl/2處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng) 子位置xl/2處的磁路模型。
[0030] 在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4處局部氣隙磁通分布示 意圖如圖8所示，氣隙磁阻分量Rgl的計(jì)算公式與動(dòng)子位置11/4處的相同，氣隙磁阻分量R g2是
氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c、3d和3e五部分，3a部分的氣隙磁阻分量Rg3a是
氣隙磁阻分量Rg3的計(jì)算公式與動(dòng)子位置X1/4處的相同，在動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之 三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4處定子齒磁阻分量Rspl的計(jì)算公式與動(dòng)子位置X1/4處的相同，并 且也采用階梯定子齒等效局部飽和，定子齒磁阻分量匕的是
定子輒部磁阻分量Rsyl和Rsy2、動(dòng)子齒磁阻分量Rrp、動(dòng)子輒部磁阻分量Rry的計(jì)算公式與 與動(dòng)子位置Xu處的相同，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢^的計(jì)算公式與動(dòng) 子位置^處的相同，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量R sp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量內(nèi)是
電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是
由上述動(dòng)子位置X3/4處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位 置X3/4處的磁路模型。
[0031] 在動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa處局部氣隙磁通分布示意圖 如圖9所示，氣隙磁阻分量R gl的計(jì)算公式與動(dòng)子位置^處的相同，氣隙磁阻分量Rg2的計(jì)算公 式與動(dòng)子位置X1/4處的相同，氣隙磁阻分量Rg3是
在動(dòng)子齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa處，定子齒磁阻分量Rspl的計(jì)算公 式與動(dòng)子位置Xu處的相同，定子齒磁阻分量Rsp2的計(jì)算公式與動(dòng)子位置X3/4處的相同，定子 齒磁阻分量Rsp3是
電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量RSP1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢FhRw產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F2和Rsp3產(chǎn)生的 磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與動(dòng)子位置X3/4處的相同。由上述動(dòng)子位置Xa處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢 分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置^處的磁路模型。
[0032] 由上述六個(gè)特殊動(dòng)子位置的六種磁路中各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的全部計(jì)算公 式組合構(gòu)成開關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁路模型；用上述磁路模型，能實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻直線電機(jī)系 統(tǒng)快速設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)仿真與實(shí)時(shí)控制，而無需采用電機(jī)電磁場有限元法計(jì)算開關(guān)磁阻直線電 機(jī)的磁特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路建模方法，其特征在于，開關(guān)磁阻直線電機(jī)磁路經(jīng)過定 子齒、氣隙、動(dòng)子齒、動(dòng)子輒部、動(dòng)子齒、氣隙、定子齒、定子輒部、定子齒、氣隙、動(dòng)子齒、動(dòng)子 輒部、動(dòng)子齒、氣隙、定子齒、定子輒部閉合，有六個(gè)動(dòng)子位置的六種磁路，六個(gè)動(dòng)子位置為 動(dòng)子槽中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置 Xu、動(dòng)子齒前沿與定子齒前沿對齊的動(dòng)子位 置XQ、動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/4、動(dòng)子齒與定子齒重疊二分之 一定子齒寬的動(dòng)子位置X1/2、動(dòng)子齒與定子齒重疊四分之三定子齒寬的動(dòng)子位置X3/4和動(dòng)子 齒中心線與定子齒中心線對齊的動(dòng)子位置Xa，由六個(gè)動(dòng)子位置的六種磁路中各磁阻分量和 磁動(dòng)勢分量的全部計(jì)算公式組合構(gòu)成開關(guān)磁阻直線電機(jī)的磁路模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述動(dòng)子位置^處，氣隙磁阻分量Rgl 是式中Ls是定子疊厚，μ〇是空氣的相對磁導(dǎo)率;氣隙磁阻分量Rg2是 < υμ a 式中Cs是定子槽寬，LP是定子齒長;氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c和3d四部分，3a部分 的氣隙磁阻分量Rg3a是式中Lst是動(dòng)子齒長，Cm是動(dòng)子槽寬，δ是氣隙長度，Bs是定子齒寬;3b、3c和3d部分磁阻分 量的平均長度可以近似為以AB為半徑、V3為弧度的弧，3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是式中Lm是動(dòng)子疊厚;3c部分的氣隙磁阻分量Rs3c是 f u \ simi / s 3d部分的氣隙磁阻分量Rg3d是式中Bm是動(dòng)子齒寬度;根據(jù)磁路的基本定律可得氣隙磁陽.分量Rg3是定子齒磁阻分量Rspl是式中Uspl是定子齒磁阻分量Rspl的相對磁導(dǎo)率;定子齒磁阻分量Rsp2是式中Usp2是定子齒磁阻分量Rsp2的相對磁導(dǎo)率;定子齒磁阻分量Rsp3是式中Usp3是定子齒磁阻分量Rsp3的相對磁導(dǎo)率:定子輔磁阻分量Rsyl是式中Hy是定子輒寬度，USyl是定子輒磁阻分量RSyl的相對磁導(dǎo)率;定子輒磁阻分量R Sy2是式中Usy2是定子輒磁阻分量Rsy2的相對磁導(dǎo)率:動(dòng)子街磁陽.分量Rrp是式中Urp是動(dòng)子齒磁阻分量Rrp的相對磁導(dǎo)率;動(dòng)子輒磁阻分量Rry是式中Ury是動(dòng)子輒磁阻分量Rry的相對磁導(dǎo)率，Hm是動(dòng)子輒寬度；電機(jī)定子繞組上阻鏈磁 阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量Fl是式中N是每相定子繞組匝數(shù)，I是勵(lì)磁電流；電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量1?_產(chǎn)生的磁 動(dòng)勢分量F2是電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)牛的磁動(dòng)勢分暈F3是由上述動(dòng)子位置Xu處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 XU處的磁路模型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述動(dòng)子位置X0處，氣隙磁阻分量Rg3 分為3&、313、3(3和3(1四部分，磁阻分量1^1、1^33、1^3(1、1^3、1^1、1^1、1^2、1^、1^和磁動(dòng)勢分量卩1 的計(jì)算公式與權(quán)利要求2所述的動(dòng)子位置Xu處的計(jì)算公式相同；氣隙磁阻分量R g2是氣隙磁阻分量Rg3b是氣隙磁阻分量Rg3。是定子齒磁阻分量Rsp2是定子齒磁阻分量Rsp3是電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F2是電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rsp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量F3是由上述動(dòng)子位置XQ處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 X0處的磁路模型。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述動(dòng)子位置X1/4處，氣隙磁阻分量Rgl 計(jì)算公式與權(quán)利要求2所述的動(dòng)子位置^處的計(jì)算公式相同，氣隙磁阻分量Rg2是氣隙磁阻分量Rg3分為3a、3b、3c、3d和3e五部分，3a部分的氣隙磁阻分量Rg3a是3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是3c部分的氣隙磁阻分量Rg3。是3d部分的氣隙磁阻分量Rg3d是3e部分的氣隙磁阻分量Rg3e是根據(jù)磁路的基本定律可得氣隙磁阻分量Rs3是定子齒磁阻分量RSP1計(jì)算公式與權(quán)利要求2所述的動(dòng)子位置^處的計(jì)算公式相同，在動(dòng) 子位置X1/4處，定子齒部分局部飽和_介梯#子齒，定子齒磁阻分量匕的是 定子齒磁阻分量Rsp3是磁阻分量1^1、1^2、1^、1^、電機(jī)定子繞組上1$鏈磁阻分量1^1產(chǎn)生的磁動(dòng)勢?1、1^2產(chǎn)生 的磁動(dòng)勢F2和RSp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與權(quán)利要求2所述的動(dòng)子位置Xu處的計(jì)算公式 相同；由上述動(dòng)子位置X1/4處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位 置X1/4處的磁路模型。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述動(dòng)子位置X1/2處，氣隙磁阻分量Rgl 和Rg2的計(jì)算公式與權(quán)利要求3所述的動(dòng)子位置X0處的計(jì)算公式相同，氣隙磁阻分量Rg3分為 3a、3b、3c、3d和3e五部分，3a部分的氣隙磁阻分量R g3a是3b部分的氣隙磁阻分量Rg3b是3 c部分的氣隙磁阻分量Rg3。是3d部分的氣隙磁阻分量Rg3d是3e部分的氣隙磁阻分量R-縣氣隙磁阻分量Rg3、定子齒磁阻分量1?@1、1^2、1^3、定子輒部磁阻分量1^1和1^2、動(dòng)子齒 磁阻分量Rrp和動(dòng)子軛部磁阻分量Rry的計(jì)算公式與權(quán)利要求4所述的動(dòng)子位置^/4處的計(jì)算 公式相同，并且也采用階梯定子齒等效局部飽和，電機(jī)定子繞組上匝鏈磁阻分量R SP1產(chǎn)生的 磁動(dòng)勢Fi、RSP2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F2和RSp3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與權(quán)利要求3所述的動(dòng)子位 置XQ處的計(jì)算公式相同；由上述動(dòng)子位置X1/2處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可 得到電機(jī)在動(dòng)子位置 xl/2處的磁路模型。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述動(dòng)子位置X3/4處，氣隙磁阻分量 Rgl、Rg3、定子齒磁阻分量Rspl、定子輒部磁阻分量Rsyl和Rsy2、動(dòng)子齒磁阻分量Rrp、動(dòng)子輒部磁 阻分量Rry和電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分量Fl計(jì)算公式與權(quán)利要求4 所述的動(dòng)子位置^/4處的計(jì)算公式相同，氣隙磁阻分量R g2是氣隙磁阻分量Rg3分為38、313、3(3、3(1和36五部分，33部分的氣隙磁阻分量1^33是3b部分的氣隙磁阻分骨R-%縣3c部分的氣隙磁阻分量Rg3。是3d部分的氣隙磁阻分量Rg3d是 3e部分的氣隙磁阻分量Rg3eTE采用階梯定子齒等效局部飽和，定子齒磁阻分量1^2是定子齒磁阻分量Rsp3是電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量RsP2產(chǎn)生的磁動(dòng)勢分暈F2是電機(jī)定子繞組上阻鏈磁阻分量RsP3產(chǎn)牛的磁動(dòng)熱分量F3是由上述動(dòng)子位置X3/4處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位 置X3/4處的磁路模型。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，所述動(dòng)子位置Xa&，氣隙磁阻分量Rgl、 Rg2和定子齒磁阻分量":的計(jì)算公式與權(quán)利要求4所述的動(dòng)子位置^/4處的計(jì)算公式相同， 氣隙磁阻分量Rg3是定子齒磁阻分量Rsp2、電機(jī)定子繞組上0i鏈磁阻分量Rspl產(chǎn)生的磁動(dòng)勢Fl、Rsp2產(chǎn)生的磁 動(dòng)勢F2和RSP3產(chǎn)生的磁動(dòng)勢F3的計(jì)算公式與權(quán)利要求6所述的動(dòng)子位置X3/4處的計(jì)算公式相 同，定子齒磁阻分量1^3是由上述動(dòng)子位置Xa處的各磁阻分量和磁動(dòng)勢分量的計(jì)算公式，可得到電機(jī)在動(dòng)子位置 xa&的磁路模型。
【文檔編號】G06F17/50GK105868485SQ201610218482
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】陳昊, 閆文舉, 劉征, 陳磊, 王星, 鄧文慧, 孫萌
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)