专利名称：一种无轴承永磁电机关键参数优化方法
技术领域：
本发明属于机电能量转换装置的设计领域，特别涉及一种无轴承永磁电机关键结构参数的设计方法。
背景技术：
就结构而言，无轴承永磁电机仅在定子上比传统永磁电机多了一套悬浮绕组，因此在设计样机时，有学者把定子中的两套绕组视为完全独立，把传统永磁电机的主体尺寸计算公式用于无轴承永磁电机的本体设计，并在此基础上再进行后续设计，这样设计经常会以牺牲转矩为代价来换取悬浮力性能，故无法同时满足悬浮力和转矩的性能要求。目前，尚未建立一套较为系统、切实可行，能得到学者普遍认可的设计方法。由于无轴承永磁电机中存在永磁磁场、转矩绕组电流产生的磁场和悬浮绕组电流产生的磁场，而且电机的输出转矩和悬浮力在同一气隙磁场中产生，样机设计时必须同时考虑输出转矩和悬浮力这两个指标，这些都增加了电机设计的难度和复杂性。因此传统永磁电机本体设计方法并不适用于无轴承永磁电机的设计，有必要研究适用于无轴承永磁电机的设计方法，使得研究人员在给定功率、转速、转矩、悬浮力等条件下能够设计出满足性能要求的无轴承永磁电机。
发明内容
针对传统永磁电机设计方法无法有效应用于无轴承永磁电机设计的局限性，本发明提出一种兼顾悬浮力和转矩的无轴承永磁电机关键参数优化设计方法。本发明是通过如下技术方案实现的:一种无轴承永磁电机关键参数优化方法，包括以下步骤:
I)根据设计要求，选定无轴承永磁电机的设计参数；
2)确定无轴承永磁电机的转矩绕组极对数PM，以及悬浮绕组极对数PB，且满足Pb=Pm±I ；3)利用有限元方法，得到最大悬浮力的计算值F_，计算公式为:F-=Fspec.^iDsiIpe式中，Fspec为单位面积上悬浮力大小，Dsi为无轴承永磁电机的定子内径，lFe为无轴承永磁电机的定子长度；4)对设计参数进行优化:将步骤3)得到的最大悬浮力的计算值Fmax与悬浮力设计要求值Fimxn进行比较，如果计算值不符合设计要求，S卩:I Fmax — Fmxn I >1, I为最大悬
浮力设计精度要求，则增大或减小换算系数CMd
权利要求
1.一种无轴承永磁电机关键参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)根据设计要求，选定无轴承永磁电机的设计参数； 2)确定无轴承永磁电机的转矩绕组极对数Pm，以及悬浮绕组极对数Pb，且满足Pb=Pm±I ； 3)利用有限元方法，得到最大悬浮力的计算值Fmax； 4)对设计参数进行优化:将步骤3)得到的最大悬浮力的计算值Fmax与悬浮力设计要求值Fimxn进行比较，如果计算值不符合设计要求，S卩:I Fmax — Fmxn I >1, I为最大悬浮力设计精度要求，则增大或减小换算系数
2.根据权利要求1所述的一种无轴承永磁电机关键参数优化方法，其特征在于，所述步骤2)中，最大悬浮力的计算值Fmax的计算公式为:
3.根据权利要求1或2所述的一种无轴承永磁电机关键参数优化方法，其特征在于，所述步骤3)中无轴承永磁电机定子内径Dsi和定子长度lFe的计算公式分别为: ，式中，K为电机的利用系数，T M为转矩绕组极距，A为电机 主要尺寸比，Pn'为无轴承永磁电机额定功率，nN为额定转速。
全文摘要
本发明公开了一种兼顾悬浮力和转矩的无轴承永磁电机关键参数优化方法，包括以下步骤1)根据设计要求，选定无轴承永磁电机的设计参数；2)确定无轴承永磁电机的转矩绕组极对数PM，以及悬浮绕组极对数PB，且满足PB=PM±1；3)利用有限元方法，得到最大悬浮力的计算值；4)将步骤3)得到的最大悬浮力的计算值Fmax与悬浮力设计要求值FmaxN进行比较，如果计算值不符合设计要求，即│Fmax－FmaxN│>ξ，ξ为最大悬浮力设计精度要求，则增大或减小换算系数Cred(0<Cred<1)，再进行反复迭代，直到最大悬浮力的计算值Fmax符合设计精度要求；最后得到优化的无轴承永磁电机的关键参数定子内径Dsi和定子长度lFe。本发明具有设计思路清晰明了，设计开发时间短，操作简单等优点。
文档编号H02K15/02GK103236769SQ20131014617
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者孙晓东, 陈龙, 江浩斌, 杨泽斌, 李可 申请人:江苏大学