改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法及计算机可读存储介质，其方法包括：首先，建立表贴式永磁同步电机的子域解析模型，将求解区域划分为槽子域、气隙子域和永磁体子域，并确定各子域间的磁场边界条件；其次，根据得到的各子域的通解，针对永磁体子域的通解进行修改，得到永磁体子域的特解；接着，求解各子域通解的各阶次谐波系数，从而得到改进的子域解析模型；最后，基于改进的子域解析模型进行永磁电机磁场解析。本发明专利技术在电机二维平行平面上，对永磁体子域的通解进行改进，将永磁体轴向分段斜极的永磁电机等效为一台特殊磁化方式的永磁电机，从而在考虑永磁体分段斜极的影响下通过子域解析法求解整台电机的电磁性能。

【技术实现步骤摘要】
改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法及存储介质
本专利技术涉及电机电磁场解析
，具体涉及一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法及非暂态计算机可读存储介质。
技术介绍
由于齿槽效应和磁路非线性，永磁同步电机电磁转矩中包含有周期性的脉动分量，对电机的控制进度产生了不良影响。在工程应用中，永磁体沿轴向分段斜极因能削弱谐波且利于制造，在永磁同步电机优化设计领域获得了广泛关注。永磁体分段斜极是一种改善转矩脉动的有效方法，但需优化斜极角、轴向分段数目以及磁体形状的精细设计。近年来，随着电磁场解析方法的不断发展，由于其具有物理概念清晰、较有限元法计算量小等优点，被广泛用于解决工程问题。其中，以分离变量法为数学基础的子域解析模型在预测电机电磁性能上获得了媲美有限元的精度。但现有永磁电机磁场解析模型无法较好处理永磁体轴向分段斜极的不足。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法及系统，其解决了无法在二维平面处理好永磁体轴向分段斜极影响的技术问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术实施例提供一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，包括：S1、在电机二维平行平面上建立表贴式永磁同步电机的子域解析模型，将所述子域解析模型的磁场求解区域划分为槽子域、气隙子域和永磁体子域，并确定各子域间的磁场边界条件；S2、在所述槽子域、所述气隙子域和所述永磁体子域内分别根据对应的矢量磁位方程并结合磁场边界条件得出槽子域的通解、气隙子域的通解和永磁体子域的通解，并针对永磁体子域的通解进行修改，得到永磁体子域的特解；S3、基于槽子域的通解、气隙子域的通解以及永磁体子域的特解，并结合各子域间的磁场连续关系求解各子域通解的各阶次谐波系数，得到改进的子域解析模型；S4、基于所述改进的子域解析模型进行永磁电机磁场解析。可选地，步骤S1包括：S11、根据预设条件在二维极坐标系建立表贴式永磁同步电机的子域解析模型；S12、对定子槽的空间位置进行定义：其中，θi为第i个定子槽中心位置，Q为定子总槽数，i的取值范围为1～Q；S13、将所述子域解析模型的求解区域分为槽子域、气隙子域和永磁体子域；其中，R1为转子轭外表面半径，R2为转子外表面半径，R3为定子内表面半径，R4为定子槽底面半径，R34为分割半径，R34使得槽子域上、下层面积相等，且R4>R3>R2>R1，S14、确定所述槽子域、所述气隙子域和所述永磁体子域的边界条件。可选地，所述预设条件包括：定子铁芯和转子铁芯的磁导率μ＝∞、永磁体和永磁体极间区域的相对磁导率均为μrm、忽略电机端部效应、定子槽为径向扇形结构以及定子槽的槽内上层和槽内下层线圈边的电流密度分别为第一电流密度Ji1与第二电流密度Ji2。可选地，在步骤S2中，以矢量磁位A作为槽子域、气隙子域和永磁体子域的矢量磁位方程的求解变量；其中，槽子域的上层矢量磁位A1it为：A1it＝A1it(r,θ)ez；(2)槽子域的下层矢量磁位A1ib为：A1ib＝A1ib(r,θ)ez；(3)气隙子域的矢量磁位A2为：A2＝A2(r,θ)ez；(4)永磁体子域的矢量磁位A3为：A3＝A3(r,θ)ez；(5)其中，ez表示一个方向矢量因子，即矢量磁位A只在Z方向有分量。可选地，槽子域上层的矢量磁位方程为：槽子域下层的矢量磁位方程为：气隙子域的矢量磁位方程为：永磁体子域的矢量磁位方程为：其中，μ0为真空磁导率、Mθ为永磁体剩余磁化强度切向分量、Mr永磁体剩余磁化强度径向分量；槽子域上层的边界条件为：槽子域下层的边界条件为：气隙子域的边界条件为：永磁体子域的边界条件为：可选地，根据分离变量法，由式(6)与式(10)，得出第i槽上层边子域的通解为：根据分离变量法，由式(7)与式(11)，得出第i槽下层边子域的通解为：其中，k为槽子域磁场谐波阶数，且k为正整数；和为定子第i槽上、下层边子域待求的各阶次谐波系数；β＝为槽宽张角；根据分离变量法，由式(8)与式(12)，得出气隙子域的通解为：其中，n为谐波阶数，且n为正整数；和为气隙子域待求的各阶次谐波系数；根据分离变量法，由式(9)与式(14)，得出永磁体子域的通解为：其中，n为谐波阶数，且n是一个正整数；和为永磁体子域待求的各阶次谐波系数。可选地，其中，Br为永磁体剩余磁感应强度，p为极对数、αp为极弧系数。可选地，永磁体子域的特解为：可选地，步骤S3包括：S31、将三类子域的谐波阶数k和n取为有限阶次K和N，并进行GX＝Y形式的谐波系数方程求解：其中，G是系数矩阵，由子域解析模型中的电机径向尺寸和周向位置决定；X是在各子域谐波阶数取为有限阶次时，由所有子域中待求的有限阶次的谐波系数构成的列向量，其中和为Q×1矩阵，为KQ×1矩阵，而和均为N×1矩阵；Y是由定子电流密度和永磁体剩磁在磁场连续关系方程中产生的激励项，其中Y1、Y2、Y4和Y5是由电流密度Ji1、Ji2决定，Y8和Y9是反映转子位置和永磁体剩磁的N×1矩阵。第二方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上所述的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术针对现有永磁电机子域解析模型无法较好处理永磁体轴向分段斜极的不足，通过改进子域解析模型，提出等效电机平均矢量磁位的概念。在电机二维平行平面上，对永磁体子域的通解进行改进，将永磁体轴向分段斜极的永磁电机等效为一台特殊磁化方式的永磁电机，从而基于子域解析法一次性地求解整台电机的电磁性能，并精确考虑了永磁体轴向分段斜极的影响。附图说明图1为本专利技术提供的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法的流程示意图；图2为本专利技术提供的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法的表贴式永磁同步电机的子域解析模型；图3为本专利技术提供的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法的步骤S1的具体流程图；图4为本专利技术提供的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法的定子槽子域解析模型；图5为本专利技术提供的一种改进的考虑分段斜极的永磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，其特征在于，包括：/nS1、在电机二维平行平面上建立表贴式永磁同步电机的子域解析模型，将所述子域解析模型的磁场求解区域划分为槽子域、气隙子域和永磁体子域，并确定各子域间的磁场边界条件；/nS2、在所述槽子域、所述气隙子域和所述永磁体子域内分别根据对应的矢量磁位方程并结合磁场边界条件得出槽子域的通解、气隙子域的通解和永磁体子域的通解，并针对永磁体子域的通解进行修改，得到永磁体子域的特解；/nS3、基于槽子域的通解、气隙子域的通解以及永磁体子域的特解，并结合各子域间的磁场连续关系求解各子域通解的各阶次谐波系数，得到改进的子域解析模型；/nS4、基于所述改进的子域解析模型进行永磁电机磁场解析。/n

【技术特征摘要】
1.一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，其特征在于，包括：
S1、在电机二维平行平面上建立表贴式永磁同步电机的子域解析模型，将所述子域解析模型的磁场求解区域划分为槽子域、气隙子域和永磁体子域，并确定各子域间的磁场边界条件；
S2、在所述槽子域、所述气隙子域和所述永磁体子域内分别根据对应的矢量磁位方程并结合磁场边界条件得出槽子域的通解、气隙子域的通解和永磁体子域的通解，并针对永磁体子域的通解进行修改，得到永磁体子域的特解；
S3、基于槽子域的通解、气隙子域的通解以及永磁体子域的特解，并结合各子域间的磁场连续关系求解各子域通解的各阶次谐波系数，得到改进的子域解析模型；
S4、基于所述改进的子域解析模型进行永磁电机磁场解析。


2.如权利要求1所述的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，其特征在于，步骤S1包括：
S11、根据预设条件在二维极坐标系建立表贴式永磁同步电机的子域解析模型；
S12、对定子槽的空间位置进行定义：



其中，θi为第i个定子槽中心位置，Q为定子总槽数，i的取值范围为1～Q；
S13、将所述子域解析模型的求解区域分为槽子域、气隙子域和永磁体子域；其中，R1为转子轭外表面半径，R2为转子外表面半径，R3为定子内表面半径，R4为定子槽底面半径，R34为分割半径，R34使得槽子域上、下层面积相等，且R4>R3>R2>R1，
S14、确定所述槽子域、所述气隙子域和所述永磁体子域的边界条件。


3.如权利要求2所述的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，其特征在于，所述预设条件包括：定子铁芯和转子铁芯的磁导率μ＝∞、永磁体和永磁体极间区域的相对磁导率均为μrm、忽略电机端部效应、定子槽为径向扇形结构以及定子槽的槽内上层和槽内下层线圈边的电流密度分别为第一电流密度Ji1与第二电流密度Ji2。


4.如权利要求3所述的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，其特征在于，在步骤S2中，以矢量磁位A作为槽子域、气隙子域和永磁体子域的矢量磁位方程的求解变量；
其中，槽子域的上层矢量磁位A1it为：
A1it＝A1it(r,θ)ez；(2)
槽子域的下层矢量磁位A1ib为：
A1ib＝A1ib(r,θ)ez；(3)
气隙子域的矢量磁位A2为：
A2＝A2(r,θ)ez；(4)
永磁体子域的矢量磁位A3为：
A3＝A3(r,θ)ez；(5)
其中，ez表示一个方向矢量因子，即矢量磁位A只在Z方向有分量。


5.如权利要求4所述的一种改进的考虑分段斜极的永磁电机磁场解析方法，其特征在于，
槽子域上层的矢量磁位方程为：



槽子域下层的矢量磁位方程为：



气隙子域的矢量磁位方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：郭思源，柳永妍，陈道君，沈阳武，呙虎，王玎，孙杰懿，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司，国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43