一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法技术

本发明专利技术涉及一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗的获取方法，该方法利用永磁轮毂电机运行中永磁体以及相接触的部件和介质的温度获取永磁体损耗，以发热形式表现出来，根据外转子永磁电机的结构，选择合适的节点，建立热网络，求出外转子永磁电机永磁体的损耗。与现有技术相比，本发明专利技术直接根据电机实际工作情况获取永磁体损耗，较为准确直观，有利于设计人员根据损耗情况选取合适的参数，减小永磁体损耗，减少发热量，从而保护电机的运行时的可靠性以及安全性。

A Method of Permanent Magnet Loss Acquisition for External Rotor Permanent Magnet Hub Motor

【技术实现步骤摘要】
一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法
本专利技术涉及外转子永磁轮毂电机的检测分析领域，尤其是涉及一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法。
技术介绍
外转子永磁轮毂电机是目前使用比较广泛的一种轮毂电机，其有着损耗小、效率高，体积小，运行可靠等优点，但是外转子永磁轮毂电机高功率密度的特点，导致其永磁体损耗较高，同时由于轮毂电机的工作情况较为恶劣，散热条件不佳，永磁体的温升较高，严重情况下会造成永磁体发生不可逆退磁。所以在设计生产制造轮毂电机时，需要求得准确的轮毂电机永磁体损耗，根据实际损耗值，为轮毂电机的设计做一定的参考。目前针对永磁电机的永磁体损耗主要采用有限元方法，但是该方法存在以下缺点：一、计算耗时较长；二、该方法主要基于使用者建立的电机模型来进行计算，准确性受到电机模型的制约；三、该方法无法直接从实际电机得到损耗值，不够直观。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，具体包括以下步骤：S1.在电机上设置多个温度检测节点建立热网络；S2.根据热网络建立热平衡方程；S3.在电机热稳定状态下检测每个温度检测节点的温度；S4.将每个检测节点的温度带入热平衡方程，求解获得永磁体的损耗。进一步地，所述的温度检测节点包括n个转子套节点、n个永磁体节点、n个气隙节点和两个端部气体节点，其中，在轴向上将轮毂电机的永磁体均分为n部分，每部分永磁体几何中心即为永磁体节点；轮毂电机的转子套与永磁体接触部分在轴向上均分为n部分，每部分的几何中心即为转子套节点；永磁体和定子之间的气隙均分为n部分，每部分的几何中心即为气隙节点；所述的端部气体节点设置在定子两端的外表面；n为大于等于1的正整数。进一步地，所述的步骤S2具体包括：S201.获取每个温度检测节点的相关参数和轮毂电机的参数，计算热网络模块内相邻永磁体节点之间的热阻值、位于最外侧两端的永磁体节点和两端端部气体节点之间的热阻值，以及每个永磁体节点分别与距离最接近的转子套节点和气隙节点之间的热阻值；S202.根据步骤A1中的热阻值建立热平衡方程。进一步地，所述的热平衡方程为：式中，Ti为在电机热稳定状态下检测到的第i个检测节点的温度；Tij为在电机热稳定状态下检测到的第i个检测节点的第j个相邻点的温度；R(i,ij)为相邻检测节点之间的热阻值。进一步地，所述的相邻永磁体节点之间的热阻值Rec计算公式为：式中，Le为相邻两个永磁体节点的距离，λe为永磁体的导热系数，S为永磁体内部的热传递面积。进一步地，所述的永磁体节点和转子套节点之间的热阻值Rz计算公式为：式中，L1为转子套厚度；λz为转子套导热系数；Sc为转子套与永磁体的热传递面积；hc为部件之间空隙的配合间隙，按经验公式选取值；λa为空气的导热系数；L2为永磁体厚度。进一步地，所述的永磁体节点与气隙节点之间的热阻值Rq计算公式为：泰勒数Ta：怒塞尔特数：式中，v为转子圆周速度；vair为空气动力粘度系数；L3为气隙尺寸；Sq为永磁体与气隙的接触面积；r为转子半径。进一步地，所述的永磁体节点和端部气体节点之间的热阻值Rd计算公式为：式中，Vb为转子线速度；Sb为永磁体与端部气体间的热传递面积。进一步地，所述的热平衡方程为：式中，R为温度检测节点之间的热阻值，[P]为各节点的损耗列向量，[T]为各节点的温升列向量。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点；1、本专利技术通过检测电机热稳定状态下的实时温度，可以根据实际电机的工况来进行永磁体损耗的获取，结果较为准确，且更为直观，更加真实可信。2、本专利技术的获取过程简单方便，计算时间大量减少，提高了永磁体损耗获取的效率。3、本专利技术通过设置多个温度检测节点建立热网络，能够根据不同的电机种类设置不同数量的采集点，建立相应的热网络，不会受到具体电机型号的制约，适用范围广。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为外转子永磁电机结构简图；图3为外转子永磁电机的热网络图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例具体提供了一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，具体包括以下步骤：步骤一、在电机上设置多个温度检测节点建立热网络。轮毂电机的结构简图如图2所示，该简图对实际轮毂电机进行了简化，去除了螺钉，倒角等较为细小的特征，其中主要包括定子、永磁体、转子套、定子支架、轴以及轴承等，永磁体和定子之间留有气隙。轮毂电机工作时，转子套和永磁体绕轴转动向外提供动力，定子、定子支架以及轴静止不动，轴内部有孔方便导线引出。温度检测节点包括多个转子套节点、多个永磁体节点、多个气隙节点和两个端部气体节点，其中，在轴向上将永磁体均分为n部分，每部分永磁体几何中心即为永磁体节点；所述的转子套与永磁体接触部分在轴向上均分为n部分，每部分的几何中心即为转子套节点；永磁体和定子之间的气隙均分为n部分，每部分的几何中心即为气隙节点；所述的端部节点气体节点设置在定子两端的外表面；n为大于等于3的正整数。本实施例中，n取3。步骤二、根据热网络模块建立热平衡方程。热网络法把电机细分成单元节点，节点之间有热量传递，无论是以何种方式换热，节点之间都用热阻代替，这就形成热网络。这样就可以对每个单元或回路利用基尔霍夫第一、第二定律建立热平衡方程：式中，R为温度检测节点之间的热阻值，[P]为各节点的损耗列向量，[T]为各节点的温升列向量。获取每个温度检测节点的相关参数和轮毂电机的参数，计算热网络模块内相邻永磁体节点之间的热阻值、位于最外侧两端的永磁体节点和两端端部气体节点之间的热阻值，以及每个永磁体节点分别与距离最接近的转子套节点和气隙节点之间的热阻值。如图3所示，永磁体节点为1b、2b、3b，节点1b与2b之间设置有热阻R(1b,2b)，节点2b与3b之间设置有热阻R(2b,3b)。转子套节点为1a、2a、3a，节点1a与节点1b之间设置有热阻R(1a,1b)，节点2a与节点2b之间设置有热阻R(2a,2b)，节点3a与节点3b之间设置有热阻R(3a,3b)。气隙节点为1c、2c、3c，节点1b与节点1c之间设置有热阻R(1b,1c)，节点2b与节点2c之间设置有热阻R(2b,2c)，节点3b与节点3c之间设置有热阻R(3b,3c)。端部气体节点为L、R，节点L与节点1b之间设置有热阻R(1b,L)，节点R与3b之间设置有热阻R(3b,R)。计算永磁体节点之间以及与其他节点之间的热阻：(1)相邻永磁体节点之间的热阻值Rec计算公式为：式中，Le为相邻两个永磁体节点的距离，单位为m；λe为永磁体的导热系数，单位为W/(m2·K)；S为永磁体内部的热传递面积，单位为m2。(2)永磁体节点和转子套节点之间的热阻值Rz计算公式为：式中，L1为转子套厚度，单位为m2；λz为转子套导热系数，单位为W/(m2·K)；Sc为转子套与永磁体的热传递面积，单位为m2；hc为部件之间空隙的配合间隙，单位为m。按经验公式选取值；λa为空气的导热系数，单位为W/(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.在电机上设置多个温度检测节点建立热网络；S2.根据热网络建立热平衡方程；S3.在电机热稳定状态下检测每个温度检测节点的温度；S4.将每个检测节点的温度带入热平衡方程，求解获得永磁体的损耗。

【技术特征摘要】
1.一种外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1.在电机上设置多个温度检测节点建立热网络；S2.根据热网络建立热平衡方程；S3.在电机热稳定状态下检测每个温度检测节点的温度；S4.将每个检测节点的温度带入热平衡方程，求解获得永磁体的损耗。2.根据权利要求1所述的外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，其特征在于，所述的温度检测节点包括n个转子套节点、n个永磁体节点、n个气隙节点和两个端部气体节点，其中，在轴向上将轮毂电机的永磁体均分为n部分，每部分永磁体几何中心即为永磁体节点；轮毂电机的转子套与永磁体接触部分在轴向上均分为n部分，每部分的几何中心即为转子套节点；永磁体和定子之间的气隙均分为n部分，每部分的几何中心即为气隙节点；所述的端部气体节点设置在定子两端的外表面；n为大于等于1的正整数。3.根据权利要求2所述的外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：S201.获取每个温度检测节点的相关参数和轮毂电机的参数，计算热网络模块内相邻永磁体节点之间的热阻值、位于最外侧两端的永磁体节点和两端端部气体节点之间的热阻值，以及每个永磁体节点分别与距离最接近的转子套节点和气隙节点之间的热阻值；S202.根据步骤A1中的热阻值建立热平衡方程。4.根据权利要求2所述的外转子永磁轮毂电机永磁体损耗获取方法，其特征在于，所述的热平衡方程为：式中，Ti为在电机热稳定状态下检测到的第i个检测节点的温度；Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：马其华，陈涛，闫业翠，孙佳睿，张璐璐，孙冬鸣，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31