【技术实现步骤摘要】
一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法
本专利技术涉及一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，属于永磁电机的
技术介绍
分数槽永磁电机具有绕组端部短、槽利用率高，齿槽转矩低，容错能力强等优点，近些年来受到了越来越多的关注。然而，该电机的电枢磁场中含有高幅值的低次谐波分量。当电机高速运行时，谐波磁场会在永磁体中感应出较大的涡流损耗，使得电机的转子发热、效率降低，严重时甚至会导致永磁体退磁，损坏电机。要抑制分数槽永磁电机中的永磁体涡流损耗，关键是要降低其电枢磁场中的低次谐波分量。经国内外学者研究发现，通过对电机电枢绕组结构进行优化，采用四层绕组结构可以抑制电枢磁场中的低次谐波磁场幅值，降低永磁体涡流损耗，提高电机效率。尽管通过有限元仿真软件可以证明采用四层绕组能够抑制分数槽永磁电机的电枢磁场谐波、降低永磁体涡流损耗，但由于该电机结构较复杂，采用有限元建模和仿真花费时间长，且其仿真结果无法直接反映磁场谐波与涡流损耗之间的关系，因此在工程应用中往往受到一定限制。相比于有限元法，解析方法的优点是计算快捷且能直接反映电机参数与计算结果之间的映射关系，因此也成为一种主流的分析电机性能的方法，子域模型法便是其中之一。该方法不仅可以充分考虑定子槽间的相互耦合情况，而且巧妙利用矩阵计算有效地将定子齿槽与转子磁极对磁场的作用反映出来，准确度较高，因而受到了广大电机研究人员的关注。然而基于子域模型法的永磁体涡流损耗建模较为复杂，现阶段仅有针对双层绕组结构永磁电机模型，还未涉及到四层绕组结构永磁电...
【技术保护点】
1.一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)、将电机区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽口区域、槽身上层绕组区域及槽身下层绕组区域五个部分；/n步骤(2)、确定槽身上层绕组区域和槽身下层绕组区域包含的两层绕组的电流密度函数；/n步骤(3)、将槽身上层绕组区域和下层绕组区域的电流密度函数分别展开为傅里叶级数表达式；/n步骤(4)、在极坐标系下，建立五个区域内的矢量磁位方程；/n步骤(5)、施加永磁体磁极区域与气隙区域、气隙区域与定子槽口区域、定子槽口区域与槽身上层绕组区域、槽身上层绕组区域与槽身下层绕组区域交界面的边界条件；/n步骤(6)、根据所施加的边界条件确定五个区域的矢量磁位方程，获得永磁电机电枢反应磁场分布表达式；/n步骤(7)、由永磁体区域的矢量磁位方程建立永磁体涡流损耗的解析模型，计算获得永磁电机总的涡流损耗和电枢反应场谐波造成的涡流损耗。/n
【技术特征摘要】
1.一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、将电机区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽口区域、槽身上层绕组区域及槽身下层绕组区域五个部分；
步骤(2)、确定槽身上层绕组区域和槽身下层绕组区域包含的两层绕组的电流密度函数；
步骤(3)、将槽身上层绕组区域和下层绕组区域的电流密度函数分别展开为傅里叶级数表达式；
步骤(4)、在极坐标系下，建立五个区域内的矢量磁位方程；
步骤(5)、施加永磁体磁极区域与气隙区域、气隙区域与定子槽口区域、定子槽口区域与槽身上层绕组区域、槽身上层绕组区域与槽身下层绕组区域交界面的边界条件；
步骤(6)、根据所施加的边界条件确定五个区域的矢量磁位方程，获得永磁电机电枢反应磁场分布表达式；
步骤(7)、由永磁体区域的矢量磁位方程建立永磁体涡流损耗的解析模型，计算获得永磁电机总的涡流损耗和电枢反应场谐波造成的涡流损耗。
2.根据权利要求1所述分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，其特征在于，所述步骤(1)中槽身上层绕组区域包含位于槽口侧的两层绕组，槽身下层绕组区域包含位于定子轭部侧的两层绕组。
3.根据权利要求1所述分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，其特征在于，所述步骤(2)确定槽身上层绕组区域和下层绕组区域包含的两层绕组的电流密度函数的表达式分别为：
式中，Ji1、Ji2和Ji3、Ji4分别为槽身上层绕组区域、槽身下层绕组区域包含的两层绕组的电流密度；Ii1、Ii2和Ii3、Ii4分别为槽身上层绕组区域、槽身下层绕组区域包含的两层绕组的电流，其大小由电枢绕组额定电流IN和绕组相序决定；αbs为槽身宽对应的圆心角，采用弧度制；Rt、Rsb分别为槽身内半径和外半径；Rsm为槽身上层绕组和槽身下层绕组交界面的半径。
4.根据权利要求1所述分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，其特征在于，所述步骤(3)将槽身上层绕组区域和下层绕组区域的电流密度函数分别展开为傅里叶级数表达式：
其中，
其中En为中间变量，具体为：
式中，Jit、Jib分别表示槽身上层绕组区域、槽身下层绕组区域的电流密度函数；Jit0、Jitn和Jib0、Jibn分别为Jit和Jib傅里叶级数中的系数；n为相应谐波次数，N分别为n计算过程中取到的最大谐波次数；α表示槽身内某一点的机械位置角；αi为第i个槽身中心位置，采用弧度制；αbs为槽身宽对应的圆心角，采用弧度制。
5.根据权利要求1所述分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，其特征在于，所述步骤(4)建立五个区域内的矢量磁位方程，具体为：
(1)永磁体区域1内的矢量磁位Az1方程为：
其中C1k、G1为中间变量，具体为：
(2)气隙区域2内的矢量磁位Az2方程为：
(3)第i个定子槽口区域3i内的矢量磁位Az3i方程为：
其中Fm为中间变量，具体为：
(4)第i个定子槽身上层绕组区域4i内的矢量磁位Az4i方程为：
(5)第i个定子槽身下层绕组区域5i内的矢量磁位Az5i方程为：
其中G3为中间变量，具体为：
式中，对于电机内的任意一点，在极坐标系下，用r表示该点到电机圆心的半径，用α表示该点的机械位置角，Az为该点处的矢量磁位，其脚标1、2、3i、4i以及5i区分该点处的区域，i＝1,2,3,...,Q，Q为电机槽数；k、m为相应谐波次数，K、M分别为k、m计算过程中取到的最大谐波次数；A1、C1、A2、B2、C2、D2、D...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈浈斐，邢宁，马宏忠，刘宝稳，朱硕，李家玉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。