一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法技术

本发明专利技术涉及一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法，首先，建立未考虑定转子开槽效应的无槽BFSPMM的解析模型，并且采用子域模型法计算无槽BFSPMM的磁场分布，从而得到未计及定转子开槽情况下BFSPMM的磁场分布；接着，建立定转子双边开槽结构，并结合子域模型法来获得到定转子双边开槽情况下的气隙复相对磁导函数；最后，将两者的结合起来计算便可得到实际BFSPMM的气隙磁场分布，并对电机的电磁转矩、悬浮力等性能参数进行快速计算。本发明专利技术相对于传统有限元分析方法，本发明专利技术方法计算速度快，大大的降低了计算时间，无需支付商用有限元分析软件授权所需的高昂授权费。

【技术实现步骤摘要】
一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法
本专利技术涉及无轴承磁通切换电机设计领域，一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法。
技术介绍
无轴承磁通切换电机(BFSPMM)永磁体嵌入定子铁心中，转子为无绕组的铁心结构，可以有效避免永磁体因温升导致的退磁风险，具有工作效率高、转子运行平稳、适宜高速运行等优点。由于无轴承磁通切换电机采用转子齿和槽结构对气隙磁场进行调制、定子铁心并非整体，电机非线性非常严重，目前还没有很好的建模分析方法。有限元法有很高的精度，但是其需要大量的模型拓扑图绘制及设置诸如激励，边界等操作，前期工作繁琐且耗时长，后期有限元求解将需要大量计算力，需要花费大量的时间成本，并且有限元法无法明确地表示出电磁性能与电机尺寸间的关系，因此在需要大量重复设计的电机初期设计以及性能优化环节，有限元法具有较大的局限性。等效磁路网络法是将电机的各个部分利用磁通管进行等效，从而将整个电机模型转化成磁路形式进行求解，通过迭代计算的方式可得到电机的磁场分布。虽然在模型建立过程中考虑了铁芯的饱和效应，但是磁路网络法存在建模过程复杂，迭代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：对BFSPMM槽空间位置进行定义；/n步骤S2：建立未考虑定转子开槽效应的无槽BFSPMM的解析模型，并且采用子域模型法计算无槽BFSPMM的磁场分布，从而得到未计及定转子开槽情况下BFSPMM的磁场分布；/n步骤S3：建立定转子双边开槽结构，并结合子域模型法来获得到定转子双边开槽情况下的气隙复相对磁导函数；/n步骤S4：将无槽BFSPMM的磁场分布和气隙复相对磁导函数结合起来计算便可得到实际BFSPMM的气隙磁场分布，并对电机的气隙磁密、空载磁链、反电动势、电磁转矩、悬浮力性能参数进行快速计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：对BFSPMM槽空间位置进行定义；
步骤S2：建立未考虑定转子开槽效应的无槽BFSPMM的解析模型，并且采用子域模型法计算无槽BFSPMM的磁场分布，从而得到未计及定转子开槽情况下BFSPMM的磁场分布；
步骤S3：建立定转子双边开槽结构，并结合子域模型法来获得到定转子双边开槽情况下的气隙复相对磁导函数；
步骤S4：将无槽BFSPMM的磁场分布和气隙复相对磁导函数结合起来计算便可得到实际BFSPMM的气隙磁场分布，并对电机的气隙磁密、空载磁链、反电动势、电磁转矩、悬浮力性能参数进行快速计算。


2.根据权利要求1所述的一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法，其特征在于：所述步骤S1的具体内容为：
在二维极坐标系中对所有槽的位置进行定义：



其中，θi为第i个转子槽中心线位置；θj为第j个定子槽中心线位置；θk是第k个永磁体槽的中心线位置。


3.根据权利要求1所述的一种无轴承磁通切换电机的磁场解析计算方法，其特征在于：所述步骤S2的具体内容为：
根据子域模型法的理论，建立无槽电机的解析模型，并且由无槽电机的拓扑结构，解析模型的求解区域能够划分成4个子域，分别为：内部气隙子域、永磁体槽气隙子域、永磁体子域以及外部气隙子域，以矢量磁位A作为求解变量分别建立4个子域的麦克斯韦方程
▽2A＝-μ0μrJ-μ0▽×M(2)
其中，μ0为真空磁导率；μr为相对磁导率；J为电流密度；M为剩余磁化强度矢量；
借助方程(2)，在二维极坐标系(r,θ)中，根据子域与铁芯间的边界条件，采用分离变量法分别得到无槽电机4个子域矢量磁位的通解表达式












其中，A1为内部气隙子域的矢量磁位；A2k为第k个永磁体槽气隙子域的矢量磁位；A3k为第k个永磁体子域的矢量磁位；A4为外部气隙子域的矢量磁位；A1e和A2e为内部气隙子域的待定系数；e为内部气隙子域中磁场的谐波次数；Bf10、Bf20、Bk1f和Bk2f为永磁体槽气隙子域的待定系数；f为永磁体槽气隙子域中磁场的谐波次数；Ck10、Ck20、Ck1h和Ck2h为永磁体子域的待定系数；h为永磁体子域中磁场的谐波次数；D1l和D2l为外部气隙子域的待定系数；l为外部气隙子域中磁场的谐波次数；R2c为经过卡氏系数补偿后转子铁芯的外径；βf为相邻两块U型铁芯间(永磁体槽)的开口宽度；βpm为永磁体的切向宽度；R3为定子槽内径；R5为永磁体槽内径；R6为永磁体槽外径；R7代表外部气隙子域的半径；Brem为永磁体的剩磁；
其中，子域与铁芯间的边界条件为：












其中，H1θ为内部气隙子域磁场强度的切向分量；H2kr表示永磁体槽气隙子域磁场强度的径向分量；H3kr表示永磁体子域磁场强度的径向分量。
根据方程(3)-(6)以及相邻子域间满足的连续条件，便可建立起子域间的联系，即得到一个方程组




































根据方程(11)-(22)，便可采用数值分析软件计算各个通解表达式中的待定系数，并且根据矢量磁位与磁密的关系，计算无槽电机内部气隙子域的径向以及切向磁密






其中，Br_slotless(r...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，吴鑫，钟天云，陈艳慧，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35