开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法技术

本发明专利技术提供一种开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，包括以下步骤：根据第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度确定定子双绕组的等效模型；根据所述定子双绕组的等效模型，建立开关磁阻电机的三维有限元模型；根据不同所述第一绕组气隙宽度的三维有限元模型经温度场分析获得开关磁阻电机的温度场分布图；根据所述温度场分布图中数据进行数值拟合，得定子双绕组等效模型的第一绕组气隙宽度与温度间函数关系；通过实测电机定子绕组与其等效模型表面对应区域的实际温度，计算当前开关磁阻电机定子双绕组建模所对应的气隙宽度。本发明专利技术的方法增强了开关磁阻电机温度场分析结果的准确性。

Modeling method of equivalent air gap of stator double winding in temperature field analysis of SRM

【技术实现步骤摘要】
开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法
本专利技术涉及开关磁阻电机温度场分析领域，特别是涉及一种开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法。
技术介绍
开关磁阻电机因具有结构简单、起动转矩大、起动电流小、调速范围宽及可靠性高等系列优点而在许多领域得到了日益广泛的应用。开关磁阻电机在运行过程中其内部因损耗而产生大量热量，这些热量一方面使电机内部温度迅速上升，另一方面则通过电机各部件与环境间进行热交换，并最终达到热平衡，从而使电机内部各部件的温度达到一定的稳定值；如果电机内部温度过高，则会使电机绝缘迅速老化，从而严重影响其使用寿命。因此，针对开关磁阻电机开展温度场分析，从而为实现开关磁阻电机结构的优化设计提供依据，对于降低电机温升以确保电机的安全运行具有重要意义。现有技术中，鉴于采用有限元法对开关磁阻电机内部的温度场进行分析时，能准确反映出电机内部各单元的温度分布情况，分析结果准确性高，因而被广泛应用。但采用有限元法对开关磁阻电机进行温度场分析时，对模型的准确性要求高，尤其对定子双绕组模型的准确性要求高；然而如果完全参照开关磁阻电机的实际结构来建立其三维有限元模型，则存在建模时间长、模型结构复杂、计算量大、对计算机性能要求高等诸多问题，因而难以推广应用。因此，在实际针对开关磁阻电机进行建模时，往往需对模型进行适当简化处理，尤其是对于定子双绕组中存在的绕组气隙，由于双绕组各导线间以及相关导线与定子槽壁、定子槽楔间气隙结构的不规则，因而导致对其建模极其困难，故在实际建模时往往将其忽略；如此处理虽然简化了定子双绕组的建模过程，但显著降低了开关磁阻电机模型的准确性，进而影响了开关磁阻电机温度场分析结果的准确性。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，能够增强开关磁阻电机温度场分析结果的准确性。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，包括以下步骤：根据第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度确定定子双绕组的等效模型；所述第一绕组气隙为双绕组表面的绝缘层分别与定子槽壁、定子槽楔间的气隙；所述第二绕组气隙为所述第一绕组与第二绕组间的气隙；根据所述定子双绕组的等效模型，建立开关磁阻电机的三维有限元模型；改变所述第一绕组气隙的宽度确定所述第二绕组气隙的宽度，根据不同所述第一绕组气隙的宽度的三维有限元模型经温度场分析获得开关磁阻电机的温度场分布图；根据所述温度场分布图中数据进行数值拟合，得定子双绕组等效模型的第一绕组气隙宽度与温度间函数关系；通过实测电机定子绕组与其等效模型表面对应区域的实际温度，计算当前开关磁阻电机定子双绕组建模所对应的气隙宽度。作为上述方法的进一步改进为：所述根据第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度确定定子双绕组的等效模型的步骤之前，还包括：根据开关磁阻电机定子双绕组的结构确定定子槽内第一绕组和第二绕组的等效截面积；根据所述第一绕组和第二绕组的等效截面积确定定子槽内间隔层的截面积；根据所述定子槽内间隔层的截面积确定间隔层中第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度。上述方法中，优选地，所述根据开关磁阻电机定子双绕组的结构确定定子槽内第一绕组和第二绕组的等效截面积的步骤，包括：根据开关磁阻电机定子双绕组的结构通过第一面积公式计算第一绕组和第二绕组的等效截面积，所述第一面积公式为：s1＝nπr12式中：s1为每个定子绕组等效导体的截面积；r1为定子绕组中每匝导线的半径；n为每个定子绕组中导线的总匝数。上述方法中，优选地，所述根据所述第一绕组和第二绕组的等效截面积确定定子槽内间隔层的截面积的步骤，包括：根据所述第一绕组和第二绕组的等效截面积通过第二面积公式计算定子槽内间隔层的截面积，所述第二面积公式为：s2＝s-2s1式中：s2为间隔层的截面积；s为定子槽的截面积；s1为每个定子绕组等效导体的截面积。上述方法中，优选地，所述根据所述定子槽内间隔层的截面积确定间隔层中第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度的步骤，具体包括：根据所述定子槽内间隔层的截面积通过第三面积公式计算第一绕组气隙和第二绕组气隙的总截面积，所述第三面积公式为：s3＝2n(4rπ12)-r12式中：s3为绕组气隙的总截面积；n为每个定子绕组中导线的总匝数；r1为定子绕组中每匝导线的半径；根据所述第一绕组气隙和第二绕组气隙的总截面积以及所述第一绕组气隙宽度，通过第一宽度公式确定所述第二绕组气隙的宽度，所述第一宽度公式为：式中：h2为第二绕组气隙宽度；h1为第一绕组气隙宽度；h3为定子槽底的宽度；h4为定子槽楔内表面的宽度；s3为绕组气隙的总截面积；l1为定子槽侧表面的长度；H为定子槽底至定子槽楔内表面的高度；β为定子槽底与定子槽侧表面的夹角。根据所述定子槽内间隔层的截面积确定间隔层中绕组表面绝缘层的结构与宽度，具体包括：根据所述定子槽内间隔层的截面积，通过第四面积公式获取间隔层中绕组表面绝缘层的总截面积；所述第四面积公式为：s4＝s2-s3式中：s4为绕组表面绝缘层的总截面积；s2为间隔层的截面积；s3为绕组气隙的总截面积。根据所述绕组表面绝缘层的总截面积，通过第二宽度公式确定绕组表面绝缘层的宽度；所述第二宽度公式为：式中：h5为绕组表面绝缘层的宽度；h1为第一绕组气隙宽度；h2为第二绕组气隙宽度；h3为定子槽底的宽度；h4为定子槽楔内表面的宽度；l1为定子槽侧表面的长度；H为定子槽底至定子槽楔内表面的高度；s4为绕组表面绝缘层的总截面积；β为定子槽底与定子槽侧表面的夹角。上述方法中，优选地，所述改变所述第一绕组气隙的宽度确定所述第二绕组气隙的宽度的步骤，具体包括：在第一绕组气隙宽度的取值范围内，按照定值等距调整所述第一绕组气隙的宽度，并通过第一宽度公式，得到对应的所述第二绕组气隙的宽度。上述方法中，优选地，所述第一绕组气隙宽度的取值范围为：，具体取值范围为：式中：h10为第一绕组气隙宽度下限值；h20为第一绕组气隙宽度上限值；h3为定子槽底的宽度；h4为定子槽楔内表面的宽度；s3为绕组气隙的总截面积；l1为定子槽侧表面的长度；β为定子槽底与定子槽侧表面的夹角。其中，所述第一绕组气隙宽度取值范围的下限值h10与上限值h20可根据需要进行确定，其中下限值h10的最小值可取为0，上限值h20的最大值可取为第二绕组气隙宽度为0时所对应的第一绕组气隙宽度值。上述方法中，优选地，所述按照定值等距调整所述第一绕组气隙的宽度的步骤之前，还包括：在所确定的第一绕组气隙宽度取值范围内，根据数值拟合的需要确定所述第一绕组气隙宽度的取值个数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n根据第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度确定定子双绕组的等效模型；所述第一绕组气隙为双绕组表面的绝缘层分别与定子槽壁、定子槽楔间的气隙；所述第二绕组气隙为所述第一绕组与第二绕组间的气隙；/n根据所述定子双绕组的等效模型，建立开关磁阻电机的三维有限元模型；/n改变所述第一绕组气隙的宽度确定所述第二绕组气隙的宽度，根据不同所述第一绕组气隙宽度的三维有限元模型经温度场分析获得开关磁阻电机的温度场分布图；/n根据所述温度场分布图中数据进行数值拟合，得定子双绕组等效模型的第一绕组气隙宽度与温度间函数关系；/n通过实测电机定子绕组与其等效模型表面对应区域的实际温度，计算当前开关磁阻电机定子双绕组建模所对应的气隙宽度。/n

【技术特征摘要】
1.一种开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度确定定子双绕组的等效模型；所述第一绕组气隙为双绕组表面的绝缘层分别与定子槽壁、定子槽楔间的气隙；所述第二绕组气隙为所述第一绕组与第二绕组间的气隙；
根据所述定子双绕组的等效模型，建立开关磁阻电机的三维有限元模型；
改变所述第一绕组气隙的宽度确定所述第二绕组气隙的宽度，根据不同所述第一绕组气隙宽度的三维有限元模型经温度场分析获得开关磁阻电机的温度场分布图；
根据所述温度场分布图中数据进行数值拟合，得定子双绕组等效模型的第一绕组气隙宽度与温度间函数关系；
通过实测电机定子绕组与其等效模型表面对应区域的实际温度，计算当前开关磁阻电机定子双绕组建模所对应的气隙宽度。


2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，其特征在于，所述根据第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度确定定子双绕组的等效模型的步骤之前，还包括：
根据开关磁阻电机定子双绕组的结构确定定子槽内第一绕组和第二绕组的等效截面积；
根据所述第一绕组和第二绕组的等效截面积确定定子槽内间隔层的截面积；
根据所述定子槽内间隔层的截面积确定间隔层中第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度。


3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，其特征在于，所述根据开关磁阻电机定子双绕组的结构确定定子槽内第一绕组和第二绕组的等效截面积的步骤，包括：
根据开关磁阻电机定子双绕组的结构通过第一面积公式计算第一绕组和第二绕组的等效截面积，所述第一面积公式为：
s1＝nπr12
式中：s1为每个定子绕组等效导体的截面积；r1为定子绕组中每匝导线的半径；n为每个定子绕组中导线的总匝数。


4.根据权利要求2所述的开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，其特征在于，所述根据所述第一绕组和第二绕组的等效截面积确定定子槽内间隔层的截面积的步骤，包括：
根据所述第一绕组和第二绕组的等效截面积通过第二面积公式计算定子槽内间隔层的截面积，所述第二面积公式为：
s2＝s-2s1
式中：s2为间隔层的截面积；s为定子槽的截面积；s1为每个定子绕组等效导体的截面积。


5.根据权利要求2所述的开关磁阻电机温度场分析中定子双绕组等效气隙建模方法，其特征在于，所述根据所述定子槽内间隔层的截面积确定间隔层中第一绕组气隙、第二绕组气隙和绕组表面绝缘层，三者的结构与宽度的步骤，具体包括：
根据所述定子槽内间隔层的截面积通过第三面积公式计算第一绕组气隙和第二绕组气隙的总截面积，所述第三面积公式为：
s3＝2n(4rπ12)-r12
式中：s3为绕组气隙的总截面积；n为每个定子绕组中导线的总匝数；r1为定子绕组中每匝导线的半径。
根据所述第一绕组气隙和第二绕组气隙的总截面积以及所述第一绕组气隙宽度，通过第一宽度公式确定所述第二绕组气隙的宽度，所述第一宽度公式为：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张小平，刘苹，郭宇轩，姜海鹏，陈娟，张铸，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43