[发明专利]轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法

说明书

本发明公开了一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，包括：建立三维有限元模型，获取轴向永磁磁悬浮飞轮电机的气隙磁力线分布，并划分为三种等效磁通管的气隙磁路，基于“磁阻最小原理”确定临界角；获取气隙磁路的等效磁网络模型，确定转子转动的周期，并将一周期过程划分为7个区域，获取各区域内转子的运动范围；计算电机A相和B相的气隙磁导；将径向磁路和轴向磁路的悬浮铁心、永磁体与转子轭部各等效成一个磁阻，结合气隙磁导获取电机的动态等效磁网络模型。本发明将不断改变的气隙磁导与不变的永磁体、悬浮极和转子轭部分磁导分别计算，将轴向永磁磁悬浮飞轮电机的三维磁场化简为动态磁网络，提高模型精度和计算速度。

技术领域

本发明涉及磁悬浮电机的技术领域，尤其涉及一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法。

背景技术

自21世纪以来，人类面临的环境和能源问题促使电动汽车进入高速发展阶段。作为车载动力电池的飞轮储能装置与传统化学蓄电池相比，具有能量密度高、无过度充放电问题、充电快、寿命长及无污染的优势，符合未来能源战略发展的方向，具有重大研究意义。

应用于飞轮储能领域的电机主要有交流感应电机、永磁电机及开关磁阻电机，其中感应电机的效率高、价格低、维护方便，但是电机的转子转差损耗大，转速不能太高；永磁电机的功率密度高，调速性能好，但轴向尺寸过大，临界转速低，限制其应用领域，并且磁轴承需要一定数量的线圈、铁芯、传感器、控制系统等，因此整个系统成本较高。

近年来兴起的磁悬浮无轴承电机结合了磁轴承与开关磁阻电机的双重优点，可简化系统结构，提高临界转速与可靠性，将其用于飞轮领域，形成具备独特优势的磁悬浮飞轮电机，得到国内外学者广泛研究，相继出现径向分相、轴向分相等结构，其中轴向分相结构在实现电动/发电功能的同时，不额外增设磁轴承，仅用轴向分布的两套悬浮绕组即可实现径向四自由度悬浮，从而大幅提高系统集成度和临界转速，十分适合飞轮储能悬浮支承及能量的转化系统。

为了充分发挥轴向永磁磁悬浮飞轮电机的潜在优势，需要能够进行广泛的，特定于应用的参数优化方法，这要求快速且精确的分析工具，能够表征设计参数变化的特点。用于评估电机的基本分析模型有有限元分析模型，解析模型以及等效磁网络模型，这三种模型都可以应用于电机的建模与优化。有限元分析法具有较高的精确度和建模灵活的特点被广泛应用于电机的电磁分析，与解析法相比，它的求解速度比较慢，但是对于复杂拓扑建模的难度较高并且求解精度比有限元分析法低许多，相比之下，等效磁网络则实现了解析法求解速度和有限元分析法求解精度的平衡。

传统等效磁网络模型仅仅针对电机的径向磁路进行建模，对于复杂结构的电机往往不能建立有效的模型，并且对于运动中电机的磁路拓扑描述不够准确，使得模型的求解结果不理想。而轴向永磁磁悬浮飞轮电机的磁通路径在空间中呈现三维分布，并且电机在运行中的气隙磁路拓扑不断变化，这使得传统的等效磁网络模型对其不再适用，因此需要重新建立轴向永磁磁悬浮飞轮电机的等效磁网络模型。

发明内容

发明目的：针对现有技术中轴向永磁磁悬浮飞轮电机的等效磁网络模型建立困难且精度较低的缺陷，本发明公开了一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，本发明对轴向永磁磁悬浮飞轮电机的径向和轴向磁路分别计算，根据轴向永磁磁悬浮飞轮电机的实际参数对电机的磁力线分布进行化简，将不断改变的气隙磁导与不变的永磁体、悬浮极和转子轭部分磁导分别计算，将轴向永磁磁悬浮飞轮电机的三维磁场化简为动态磁网络，建立轴向永磁磁悬浮飞轮电机整体的动态等效磁网络模型，提高模型精度、建模速度和计算速度。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种轴向永磁磁悬浮飞轮电机动态等效磁网络模型建立方法，其特征在于：包括以下步骤：