(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210955723.1 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 沈国际　黄良远　杨翼　程哲　 胡茑庆　周洋　尹正阳　肖卓　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 邱轶 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于感应电机电磁-动力学耦合的建模 方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于感应电机电磁 ‑动力学 耦合的建模 方法， 包括： 构建感应电机中转子 ‑轴 承动力学模型； 基于转子 ‑轴承动力学模型并以 设定的故障状态为输入， 获取感应电机中定子和 转子间的径向气隙长度函数； 根据感应电机的绕 组结构获得定子和转子的匝函数， 并基于匝函数 和径向气隙长度函数获得感应电机的绕组函数， 基于匝函数， 绕组函数和气隙长度函数计算出定 子和转子的自感和互感； 构建感应电机的多回路 模型， 并以定子和所述转子的自感和互感作为输 入， 计算感应电机的电机参数； 将获取的电机参 数反馈至转子 ‑轴承动力学模型并重复执行前述 步骤， 实现数值迭代计算， 直至达到预设迭代条 件输出耦合的模型。 权利要求书5页 说明书16页 附图12页 CN 115238521 A 2022.10.25 CN 115238521 A 1.一种基于感应电机电磁 ‑动力学耦合的建模方法， 其特 征在于， 包括： S1.构建感应电机中转子 ‑轴承动力学模型； S2.基于所述转子 ‑轴承动力学模型并以设定的故障状态为输入， 获取所述感应电机 中 定子和转子间的径向气隙长度函数； S3.根据所述感应电机的绕组结构获得所述定子和所述转子的匝函数， 并基于所述匝 函数和所述径向气隙长度函数获得所述感应电机的绕组函数， 以及， 基于所述匝函数， 所述 绕组函数和所述气隙长度函数计算出 所述定子和所述 转子的自感和互感； S4.构建所述感应电机的多回路模型， 并以所述定子和所述转子的自感和互感作为输 入， 计算所述感应电机的电机参数； S5.将获取的所述电机参数反馈至所述转子 ‑轴承动力学模型并重 复执行步骤S3至S5， 实现所述转子 ‑轴承动力学模型与所述多回路模型 的耦合与数值迭代计算， 直至达到预设 迭代条件输出耦合的所述 转子‑轴承动力学模型与所述多回路模型。 2.根据权利要求1所述的建模方法， 其特征在于， 步骤S1中， 构建感应电机中转子 ‑轴承 动力学模型的步骤中， 所述转子 ‑轴承动力学模 型包括： 转子 ‑轴承振动微分方程、 恢复力方 程和滚珠接触形变方程； 其中， 包括： 基于所述感应电机中转子模型和轴承 模型构建所述 转子‑轴承振动微分方程； 基于所述轴承 模型构建所述恢复力方程和滚珠接触形变方程。 3.根据权利要求2所述的建模方法， 其特 征在于， 所述 转子‑轴承振动微分方程表示 为： 其中， mr为转子质量， c为转子阻尼， Fbxi(i＝1,2)为第 i个轴承在x方向上的恢 复力， Fbyi (i＝1,2)为第i个轴承在y方向上的接触力， g为重力加速度； 所述恢复力方程基于赫兹接触理论构建， 其表示 为： 其中， Fbx表示滚珠数为nball的轴承在x方向上的总回复力； Fby表示滚珠数为nball的轴承 在y方向上的总回复力； δj为第j个滚珠的接触形变； λj为第j个滚珠的接触系数； 当δj＞0时 λj＝1， 否则 λj＝0； Kc为接触刚度； θj为第j个滚珠角的位置； 所述滚珠接触形变方程表示 为： δj＝xsinθj+ycosθj‑cl‑clj 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115238521 A 2其中， δj为第j个滚珠的接触形变； c1为轴承径向游隙； c1j为滚珠通过剥落位置时的附加 径向间隙； db为滚珠直径； Db为轴承节径； ωb为滚珠轨道角速度； α 为接触角； ωr为转子角速 度； h为考虑滚珠不接触剥落底部的等效剥落深度， wapall为剥落宽度， R0为轴承外圈半径， θspall为剥落起始角位置， Δθspall为剥落角度。 4.根据权利要求3所述的建模方法， 其特征在于， 步骤S2中， 基于所述转子 ‑轴承动力学 模型并以设定的故障状态为输入， 获取所述感应电机中定子和转子间的径向气隙长度函数 的步骤中， 包括： 输入设定的故障状态， 并根据所述滚珠接触形变方程计算轴承中各个滚珠的接触形 变； 基于所述接触形变， 当前所述转子的转子角速度， 以及所述恢复力方程获取所述转子 在X、 Y方向上的恢复力； 将获取的所述恢 复力输入所述转子 ‑轴承振动微分方程， 获得所述转子在X、 Y方向上的 偏心距和偏心角； 基于获得的所述偏心 距和偏心角获取 所述定子和所述 转子间的径向气隙长度函数。 5.根据权利要求4所述的建模方法， 其特征在于， 基于获得的所述偏心距和偏心角获取 所述定子和所述 转子间的径向气隙长度函数的步骤中， 包括： 获取存在轴承故障时所述定 子与所述 转子间气隙长度的广义表达式， 其表示 为： 其中， θs为定子机械角， g0为无偏心时的均匀气隙长度， e为轴承故障引入的偏心率， ψ (t)为考虑到缺陷位置随轴承内圈旋转发生变化而引入的角位置函数； 获取所述转子在X、 Y方向上的偏心距和偏心角； 其中， 所述偏心距和所述偏心角分别表 示为： 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115238521 A 3