一种不对称磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法技术

本发明专利技术公开一种不对称磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法，将固定磁导网络模型、气隙磁导网络模型以及永磁体磁导网络模型按照对应的位置关系串并联，合成整个电机的磁导网络模型；列出整个电机的磁导网络模型的节点磁势方程，根据节点磁压方程求解得到永磁体的磁通，计算出永磁体任意一点的磁密；将永磁体磁密B(x)与永磁体的退磁B‑H曲线中的膝点X0处的磁密B(X0)相比较判断退磁，能准确地分析电机退磁情况，节省时间，提高设计效率。

Modeling and demagnetization analysis of permanent magnet motor based on an asymmetrical magnetic network

The invention discloses a modeling and demagnetization performance analysis method for permanent magnet motor with asymmetric magnetic network, which combines the fixed permeability network model, air gap permeability network model and permanent magnet permeability network model in series and parallel according to the corresponding position relationship to synthesize the permeability network model of the whole motor, and lists the permeability network model of the whole motor. The magnetic flux of the permanent magnet is obtained by solving the node magnetic pressure equation, and the magnetic density of any point of the permanent magnet is calculated. Efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种不对称磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法
本专利技术涉及电机领域，尤其涉及永磁电机的退磁性能分析方法。
技术介绍
永磁电机是电动汽车的主要组成部分，与电励磁电机相比，永磁电机利用永磁体产生磁场，没有电励磁装置，不存在励磁损耗，结构简化，运行和维护简单。永磁电机用较少的永磁材料产生足够的磁场，体积小、重量轻、高功率和高转矩密度且恒功率调速范围宽。永磁电机气隙磁场是由永磁体产生的，永磁体材料由于其固有特性，经过预先磁化以后，不再需要外加能量就能在其周围空间建立磁场。但因电机运行在复杂工况过程中。会使永磁体产生退磁，使永磁体的工作点降低，性能降低。永磁体退磁的主要原因是高温和大电流时引起的电枢反应。短路故障、过载运行和瞬时过负荷运行，都会产生大于额定电流数倍的大电流，大电流将在电枢中产生很大的去磁磁动势，增加永磁体发生全部退磁或局部退磁的可能。另外，电机受运行环境散热条件的限制，使永磁体运行点温度进一步升高，超过了永磁体的工作温度，增加了永磁体退磁故障发生的可能。在永磁体发生部分退磁时，为满足负荷运行的需求，需增加定子电流，形成较大的退磁磁势，而定子电流的增加会进一步使永磁电机温度升高，永磁体进一步失磁，形成一个恶性循环，使永磁体的工作点向退磁曲线的拐点以下移动，产生不可逆退磁的严重后果，导致永磁体性能下降，电机空载反电势和输出转矩下降，严重时电机将无法使用。永磁电机运行过程中的退磁问题一直是个难题，为了防止失磁现象的发生，必须在设计中校核其最大去磁工作点和该温度下永磁材料退磁曲线的拐点，以增强其可靠性。针对永磁体退磁性能的研究，主要集中在对退磁性能的检测和防止永磁体退磁所采取的措施上。中国专利申请号为201510450719.X的文献中提出了一种永磁无刷直流电机的退磁检测方法和一种永磁无刷直流电机的退磁检测装置，其目的在于提出了一种新的永磁无刷直流电机的退磁检测方案，解决了永磁无刷直流电机难以检测是否退磁的难题，但也仅仅是对电机设计完成后对电机进行退磁性能检测和评估，未涉及电机退磁性能的研究，并不能分析电机退磁对电机性能的影响。文献“基于分形维数的PMSM局部退磁故障诊断”(2017年电工技术学报第32卷，7期)提出了针对永磁同步电机(PMSM)永磁体局部退磁故障，首先建立永磁体局部退磁故障的PMSM数学模型，实现永磁体局部退磁故障电气特征的定性与定量描述，并对所提出的永磁体局部退磁故障诊断方法进行了仿真和实验验证研究，实现PMSM永磁体局部退磁故障的准确诊断。但该文献仅仅是对永磁体局部退磁故障进行诊断，而没有给出在电机设计阶段对永磁体如何避免发生退磁故障进行研究，不能从根本上解决永磁体退磁问题。永磁电机由于有着复杂的磁通，使得其分析设计过程难度增大。目前，对永磁电机电磁场分析建模有两种方法，包括传统磁路法和磁网络法。传统磁路法是在特定的假设简化条件下，通过求解麦克斯韦方程组，实现满足一定精度的磁场分析计算，该方法的优点是计算速度快。然而，诸如磁路饱和、定子齿槽、漏磁等因素难以在解析式中精确的体现，导致该方法计算精度偏低。磁网络法将电机中形状较规则、材料相同、磁密分布均匀的部分等效为磁导，利用节点将各磁导连接为磁网络，类比于求解电网络的方法对磁网络进行求解。这种方法较传统磁路法有较高的精度，尤其在电机设计初始阶段，能方便快捷地确定对电机不同运行工况下的退磁性能进行分析和评估。文献“Useofpermeancenetworkmethodinthedemagnetizationphenomenonmodelinginapermanentmagnetmotor”中(2006年IEEETrans.onMagnetics42卷，5期，1295—1298页)利用磁路分析方法将外转子永磁电机简化为传统的等效磁路模型，通过分析等效永磁体磁路部分的磁场强度，确定永磁电机在各负载条件下的工作点，从而研究永磁电机永磁体由电枢电流过大引起的退磁现象。但由于该方法采用传统磁路法，计算精度较差，不能准确地对电机去磁性能进行分析，另外该磁路模型中将整个永磁体等效为一个网络节点，并不能考虑到永磁体发生的局部退磁现象。因此计算结果精度较差，对电机退磁性能评估及后续设计校正有较大的负面影响，分析结果有一定局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于针对现有永磁电机电磁场分析技术存在的不足，提出了一种基于不对称区域磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法，根据电机永磁体的基本电磁性能，结合永磁体退磁难易程度，对永磁体不对称区域进行分块处理，更准确地对电机退磁性能进行研究，能快速、准确分析电机整体结构在不同工况下的去磁能力。本专利技术一种不对称磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法采用如下技术方案是具有以下步骤：A、永磁型电机的转子轭、转子齿、定子轭、定子齿作为固定磁导部分，将固定磁导部分分割为矩形形状形成固定磁导的磁导模型，将固定磁导部分的磁导模型连接成固定磁导网络模型；B、转子和定子之间的气隙磁场分割成若干具有规则形状且有相同磁力线规律的磁通管，求出任意气隙磁导，将所有气隙磁导并联成气隙磁导网络模型；C、永磁体沿径向分成外层、中间层和内层，每一块永磁体等效为三段并联支路，对永磁体进行不对称划分，得到等效模型，把等效模型并联生成永磁体磁导网络模型；D、将所述固定磁导网络模型、气隙磁导网络模型以及永磁体磁导网络模型按照对应的位置关系串并联，合成整个电机的磁导网络模型；E、列出整个电机的磁导网络模型的节点磁势方程，根据节点磁压方程求解得到永磁体的磁通，计算出永磁体任意一点的磁密B(x)；F、将永磁体磁密B(x)与永磁体的退磁B-H曲线中的膝点X0处的磁密B(X0)相比较，当磁密B(x)大于磁密B(X0)时，不易发生退磁；当磁度B(x)小于磁密B(X0)时，易发生退磁。本专利技术采用上述技术方案后具有以下有益效果：1、与传统磁路法相比，本专利技术所用的磁网络方法能考虑到传统磁路法不能考虑到的磁路饱和、定子齿槽、漏磁等因素，能更加准确地分析电机的退磁性能。磁网络法采用的是“磁路”和“电路”类比的方法，在考虑磁路饱和、铁磁材料非线性以及永磁磁场和电枢反应磁场相互影响等因素下，利用随时间和空间变化的磁阻构建磁阻网络模型，通过节点磁位建立网络方程，求解得到电机磁场分布，可以实现计算时间和计算精度的有效平衡，尤其是在电机初始优化设计阶段，能大大节省时间，提高设计效率。2、常规磁网络是把永磁体等效一个整体进行建模，所以并不能考虑到永磁体的局部退磁。本专利技术在原来的磁网络法建模基础上加以创新性改进，根据电机的基本电磁性能性和永磁体退磁难易程度的特点，创造性地把永磁体进行不对称区域划分，然后把划分后的永磁体进行新的磁路模型等效，得到基于不对称区域下的新的磁网络模型。本专利技术比常规磁网络模型更能准确地分析电机退磁情况。3、本专利技术在分块的基础上，在考虑分析计算精度和编程繁琐程度下寻找一个平衡点，即把永磁体分三段等效处理建模，为定子永磁型电机快速建模和去磁性能分析提供了行之有效的新方法，该方法也同样适用于其他永磁型磁通切换电机。4、本专利技术所采用的退磁性能分析方法是基于不对称区域下的磁网络法，采用C++语言编程能够随时的对电机的退磁性能进行分析，能根据分析结果及时地调整的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不对称磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法，其特征是具有以下步骤：A、永磁型电机的转子轭、转子齿、定子轭、定子齿作为固定磁导部分，将固定磁导部分分割为矩形形状形成固定磁导的磁导模型，将固定磁导部分的磁导模型连接成固定磁导网络模型；B、转子和定子之间的气隙磁场分割成若干具有规则形状且有相同磁力线规律的磁通管，求出任意气隙磁导，将所有气隙磁导并联成气隙磁导网络模型；C、永磁体沿径向分成外层、中间层和内层，每一块永磁体等效为三段并联支路，对永磁体进行不对称划分，得到等效模型，把等效模型并联生成永磁体磁导网络模型；D、将所述固定磁导网络模型、气隙磁导网络模型以及永磁体磁导网络模型按照对应的位置关系串并联，合成整个电机的磁导网络模型；E、列出整个电机的磁导网络模型的节点磁势方程，根据节点磁压方程求解得到永磁体的磁通，计算出永磁体任意一点的磁密B(x)；F、将永磁体磁密B(x)与永磁体的退磁B‑H曲线中的膝点X0处的磁密B(X0)相比较，当磁密B(x)大于磁密B(X0)时，不易发生退磁；当磁度B(x)小于磁密B(X0)时，易发生退磁。

【技术特征摘要】
1.一种不对称磁网络的永磁型电机建模与退磁性能分析方法，其特征是具有以下步骤：A、永磁型电机的转子轭、转子齿、定子轭、定子齿作为固定磁导部分，将固定磁导部分分割为矩形形状形成固定磁导的磁导模型，将固定磁导部分的磁导模型连接成固定磁导网络模型；B、转子和定子之间的气隙磁场分割成若干具有规则形状且有相同磁力线规律的磁通管，求出任意气隙磁导，将所有气隙磁导并联成气隙磁导网络模型；C、永磁体沿径向分成外层、中间层和内层，每一块永磁体等效为三段并联支路，对永磁体进行不对称划分，得到等效模型，把等效模型并联生成永磁体磁导网络模型；D、将所述固定磁导网络模型、气隙磁导网络模型以及永磁体磁导网络模型按照对应的位置关系串并联，合成整个电机的磁导网络模型；E、列出整个电机的磁导网络模型的节点磁势方程，根据节点磁压方程求解得到永磁体的磁通，计算出永磁体任意一点的磁密B(x)；F、将永磁体磁密B(x)与永磁体的退磁B-H曲线中的膝点X0处的磁密B...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孝勇，简彦洪，樊德阳，项子旋，杨敏健，全力，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32