低磁芯损耗内置磁体电机设计制造技术

本发明专利技术公开了用于估计和最小化内置磁体电机中的磁芯损耗的方法和装置。方法可以包括在计算机系统中创建，修改或接收有限元分析(FEA)模型以表示电动机的至少一部分，在所述FEA模型中在电动机的转子铁或定子铁内的第一位置处放置至少一个线圈，计算所述至少一个线圈的时域磁通密度B，将计算的磁通密度函数转换为频域谱，接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数，以及通过材料磁芯损耗参数的加权组合来确定电动机的至少一部分的磁芯损耗。线圈可以由用户通过用户界面手动放置，或者可以自动放置。

Design of a built-in magnet for low core loss

The invention discloses a method and device for estimating and minimizing magnetic core loss in an internal magnet motor. The method may include creating, modifying or receiving a finite element analysis (FEA) model in a computer system to represent at least one part of the motor, in the FEA model, at least one coil is placed at the first position of the rotor iron or the stator iron in the motor, and the time domain flux density B of the at least one of the at least one coil is calculated, and the calculation will be calculated. The flux density function is converted to the frequency domain spectrum, receiving the material core loss parameters of at least some frequencies indicated by the frequency spectrum of the frequency domain, and determining the core loss of at least part of the motor by a weighted combination of the material core loss parameters. The coil can be manually placed or automatically placed by the user through the user interface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低磁芯损耗内置磁体电机设计专利技术背景
本公开涉及用于最小化电动机中的磁芯损耗的方法、系统和装置，并且更具体地涉及用于在有限元分析(FEA)模拟中精确估计内置永磁体(IPM)电动机中的磁芯损耗的方法。
技术介绍
磁芯损耗是决定电动机效率的重要因素。通常在建立原型之前使用FEA模拟来评估潜在的电动机设计。一些现有的FEA仿真工具包含提供与IPM电机设计相关的磁芯损耗估算的功能。然而，这些磁芯损耗估计通常不准确，而且目前可用的仿真软件不允许用户对磁芯损耗估计方法进行定制，调整或改进。
技术实现思路
本公开的系统和方法各自具有若干创新方面，其中没有任何一个单独方面负责其期望属性。在不限制所附权利要求表达的范围的情况下，现在将简要讨论其更显著的特征。在一个实施例中，描述了一种使用FEA模拟来估计电动机中的磁芯损耗的方法。该方法可以包括在计算机系统中创建，修改或接收FEA模型以表示电动机的至少一部分。该计算机系统可以包括用户界面和配置用于FEA模拟的处理电路。电动机可以包括至少一个能够围绕旋转轴线旋转的转子和具有至少一个围绕转子的旋转轴线径向设置的极对的定子。该方法可以进一步包括在FEA模型中利用用户界面在电动机的转子铁或定子铁内的第一位置处放置至少一个线圈。线圈可以包括导线回路。该方法还可以包括计算作为时间的函数的至少一个线圈的时域磁通密度B，将计算的磁通密度函数转换为频域谱，接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数，以及根据离散频域谱中的峰值的相对大小，通过接收的材料磁芯损耗参数的加权组合来确定电动机的至少一部分的磁芯损耗。在另一个实施例中，描述了一种使用FEA模拟来估计电动机中的磁芯损耗的装置。该装置可以包括在用于计算机系统中创建，修改或接收FEA模型以表示电动机的至少一部分的装置。该计算机系统可以包括用户界面和配置用于FEA模拟的处理电路。电动机可以包括至少一个能够围绕旋转轴线旋转的转子和具有至少一个围绕转子的旋转轴线径向设置的极对的定子。该装置可以进一步包括用于在FEA模型中在电动机的转子铁或定子铁内的第一位置处放置至少一个线圈的装置。线圈可以包括导线回路。该装置还可以包括用于计算作为时间的函数的至少一个线圈的时域磁通密度B的装置，用于将计算的磁通密度函数转换为频域谱的装置，用于接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数的装置，以及用于根据离散频域谱中的峰值的相对大小，通过接收的材料磁芯损耗参数的加权组合来确定电动机的至少一部分的磁芯损耗的装置。在另一个实施例中，描述了一种用于处理被配置为使用FEA模拟来估计电动机中的磁芯损耗的程序的数据的计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括在其上存储有代码的非暂时性计算机可读介质。该代码可使得处理电路使用户能够在计算机系统中创建，修改或接收FEA模型以表示电动机的至少一部分。该计算机系统可以包括用户界面和配置用于FEA模拟的处理电路。电动机可以包括至少一个能够围绕旋转轴线旋转的转子和具有至少一个围绕转子的旋转轴线径向设置的极对的定子。代码可以进一步使处理电路使得能够在FEA模型中利用用户界面在电动机的转子铁或定子铁内的第一位置处放置至少一个线圈。线圈可以包括导线回路。代码还可以使处理电路计算作为时间的函数的至少一个线圈的时域磁通密度B，将计算的磁通密度函数转换为频域谱，接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数，以及根据离散频域谱中的峰值的相对大小，通过接收的材料磁芯损耗参数的加权组合来确定电动机的至少一部分的磁芯损耗。附图说明现在将参照附图结合各种实现来描述本技术的上述方面以及其他特征，方面和优点。所示出的实现仅仅是示例，并不旨在限制。在整个附图中，除非上下文另有规定，否则相似的符号通常标识相似的组件。图1是示出根据用于估计电动机中的磁芯损耗的方法的一个实施例的示例性流程图的框图。图2描绘了根据示例性实施例的示例性电动机磁芯损耗参数。图3描绘了根据示例性实施例的IPM同步电机的二维FEA仿真模型的一部分。图4A描绘了根据示例性实施例的借助于用户界面将线圈放置在IPM同步电机的FEA仿真模型内的示例性过程。图4B描绘了根据示例性实施例的借助于用户界面可以在IPM同步电机的FEA仿真模型内定义线圈的示例性过程。图5描绘了根据示例性实施例的具有多个线圈的示例性配置的IPM同步电机的二维FEA模型。图6是描绘根据示例性实施例的用户界面中的FEA模拟的示例性磁链波形输出的曲线图。图7A是描绘根据示例性实施例的FEA模拟的示例性磁链波形输出的曲线图。图7B描绘了根据示例性实施例的对应于图7A中描绘的示例性磁链波形输出的示例性频域谱。具体实施方式以下描述针对某些实施以达到描述本公开的创新方面的目的。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，本文的教导可以以多种不同的方式应用。所描述的实施可以在能够被配置为执行有限元分析(FEA)模拟的任何设备，装置或系统中实现。通常，本公开涉及用于使内置永磁体(IPM)电动机中的磁芯损耗最小化的技术。效率是电动汽车电机设计最重要的方面之一。电动机效率的提高扩大电动车辆的行驶距离，即车辆的一个或多个电池单次充电的行驶距离。电动机的电机效率通常使用以下公式计算：其中，ηm表示电机效率，Pin表示输入电功率，Pout表示输出机械功率，Ploss表示电机功率损耗。因此，为了有效地计算所提出的电动机设计的电动机效率图，需要可靠的Ploss估计。运行的电动机的总功率损耗可能来自多种类型的功率损耗。在IPM电动机的情况下，要计算的电动机损耗是铜损耗和磁芯损耗。铜损耗是由构成电动机绕组的铜线中的电阻造成的。铜损耗相对容易估算，因为仅根据绕组的电流和电阻就可以计算，电流和电阻很容易确定。然而，磁芯损耗是许多变量的更复杂的函数，包括更难以测量的磁通密度B和发动机频率f。每当磁芯遭受变化的磁场时发生磁芯损耗，磁芯损耗的发生贯穿内置磁体机器的整个运行过程，并且包括磁滞损耗和涡流损耗。由于随着磁场变化而磁化改变，磁芯内磁畴壁的变化导致发生磁滞损耗。涡流损耗是由于磁芯电阻引起的，这是磁场改变时由磁感应产生的涡流的结果。由于磁芯损耗是由多个并发现象引起的，因此总体磁芯损耗通常使用经验公式计算：Pcore＝Kh×f×(Bm)2+Kc×(f×Bm)2+Ke×(f×Bm)1.5其中，Pcore表示磁芯功率损耗，f表示电动机频率，Bm表示最大磁通密度。Kh，Kc和Ke分别是磁滞损耗，典型涡流损耗和过量涡流损耗的系数。在电动机的运行中，这个等式可能难以评估，因为可能同时存在多个频率。磁通的空间分布也可能增加估计的难度，因为最大磁通密度Bm在电动机的各个部分中可能不同。具有较高磁通密度的电机部件通常具有较高的磁芯损耗，而磁通密度较低的区域对整体磁芯损耗的贡献较小。为了提高磁芯损耗估计的准确性，提出了一种新方法，该方法能够处理电动机内磁通的非均匀空间分布，并计算电机的较小部分的单个磁芯损耗。图1是描绘用于使用FEA模拟来估计电动机中的磁芯损耗的示例性方法100的流程图。在一些方面中，方法100可以利用具有例如图2、图4A、图4B、图5和图6中所示的用户界面的计算机系统来执行。在各种实施例中，所描述的示例性方法的步骤可以通过用户控制单独执行，或者任何数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用有限元分析(FEA)模拟来估计电动机中的磁芯损耗的方法，包括以下步骤：在计算机系统中创建、修改或接收FEA模型以表示电动机的至少一部分，所述计算机系统包括用户界面和配置用于FEA模拟的处理电路，所述电动机包括至少一个能够围绕旋转轴线旋转的转子和具有至少一个围绕所述转子的旋转轴线径向设置的极对的定子；在所述FEA模型中利用所述用户界面在所述电动机的转子铁或定子铁的至少一部分周围的第一位置处放置至少一个线圈，所述线圈包括导线回路；计算作为时间的函数的至少一个线圈的时域磁通密度B；将计算的磁通密度函数转换为频域谱；接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数；以及根据离散频域谱中的峰值的相对大小，通过接收的材料磁芯损耗参数的加权组合来确定所述电动机的至少一部分的磁芯损耗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.30 US 62/249,1571.一种使用有限元分析(FEA)模拟来估计电动机中的磁芯损耗的方法，包括以下步骤：在计算机系统中创建、修改或接收FEA模型以表示电动机的至少一部分，所述计算机系统包括用户界面和配置用于FEA模拟的处理电路，所述电动机包括至少一个能够围绕旋转轴线旋转的转子和具有至少一个围绕所述转子的旋转轴线径向设置的极对的定子；在所述FEA模型中利用所述用户界面在所述电动机的转子铁或定子铁的至少一部分周围的第一位置处放置至少一个线圈，所述线圈包括导线回路；计算作为时间的函数的至少一个线圈的时域磁通密度B；将计算的磁通密度函数转换为频域谱；接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数；以及根据离散频域谱中的峰值的相对大小，通过接收的材料磁芯损耗参数的加权组合来确定所述电动机的至少一部分的磁芯损耗。2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所估计的磁芯损耗来修改、调整或重新设计FEA模型以最小化磁芯损耗的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，还包括基于所述修改、调整或重新设计的FEA模型来制造电动机。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电动机的至少一部分包括所述至少一个转子的至少一部分和所述定子的至少一部分。5.根据权利要求1所述的方法，还包括执行所述FEA模型的时间步长FEA模拟。6.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述配置用于FEA模拟的处理电路接收输出，所述输出包括作为时间的函数的所述至少一个线圈的磁链或磁通密度。7.根据权利要求1所述的方法，其中将计算的磁通密度函数转换为频域谱包括计算所述时域磁通密度函数的离散傅立叶变换(DFT)。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料磁芯损耗参数包括B-P曲线。9.一种使用有限元分析(FEA)模拟来估计电动机中的磁芯损耗的装置，所述装置包括：用于在计算机系统中创建、修改或接收FEA模型以表示电动机的至少一部分的装置，所述计算机系统包括用户界面和配置用于FEA模拟的处理电路，所述电动机包括至少一个能够围绕旋转轴线旋转的转子和具有至少一个围绕所述转子的旋转轴线径向设置的极对的定子；用于在所述FEA模型中在所述电动机的转子铁或定子铁内的第一位置处放置至少一个线圈的装置，所述线圈包括导线回路；用于计算作为时间的函数的至少一个线圈的时域磁通密度B的装置；用于将计算的磁通密度函数转换为频域谱的装置；用于接收由所述频域谱指示的至少一些频率的材料磁芯损耗参数的装置；以及用于根据离散频域谱中的峰值的相对大小，通过接收的材料磁芯损耗参数的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梦薇·李·坎贝尔，党杰，
申请(专利权)人：法拉第未来公司，
类型：发明
国别省市：美国,US