一种考虑隔磁桥饱和的内置式永磁电机磁场解析方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑隔磁桥饱和的内置式永磁电机磁场解析方法。内置式永磁电机结构等效及子域划分；对各子域分别建立磁矢位方程并求得磁矢位通解；确定各环形域分界面的边界条件，对隔磁桥子域以及隔磁桥饱和溢出子域设置初始相对磁导率并带入边界条件得初始磁矢位特解，根据B

【技术实现步骤摘要】
一种考虑隔磁桥饱和的内置式永磁电机磁场解析方法


[0001]本专利技术涉及内置式永磁电机设计领域的一种电机磁场处理方法，尤其是涉 及了带有隔磁桥结构的内置式永磁电机，适用于永磁电机磁场计算、设计及优 化等领域的应用。

技术介绍

[0002]内置式永磁电机因其高功率密度、宽调速范围等优点被广泛应用于电动汽 车及航空航天等诸多工业领域。准确的磁场计算是预测电机各项电磁性能的基 础。与数值方法相比，通过求解拉普拉斯方程和泊松方程边值问题的磁位解析 法可以较为方便的修改电机参数，并且可以精确地求解电机内磁场分布。然而，
[0003]现有技术中将隔磁桥子域以及隔磁桥饱和溢出子域的相对磁导率认为是无 穷大，处理时候会设置为一个预设较大值，忽略了电机中存在的铁心材料非线 性磁饱和问题，这对于存在隔磁桥结构的内置式电机来说，永磁体产生的磁通 将过多的通过隔磁桥而不经过气隙，导致磁场无法准确计算，子域模型法的求 解精度大幅下降。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供了一种能够准确考虑隔磁桥饱 和影响的内置式永磁电机磁场解析方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术针对隔磁桥子域饱和程度不同，分别建立了隔磁桥子域和隔磁桥饱 和溢出子域；针对隔磁桥子域和隔磁桥饱和溢出子域存在的非线性磁饱和情况， 利用迭代方法求得精确的相对磁导率，从而实现了对磁场的准确计算。
[0007]包括下列步骤：
[0008]第一步：内置式永磁电机结构等效及子域划分：
[0009]在极坐标系下表示内置式永磁电机，以气隙磁通不变为原则，将内置式永 磁电机结构等效为一种简化结构，并且在二维极坐标系下将等效电机具体划分 为8个子域；
[0010]第二步：对各个子域分别建立磁矢位方程并求得磁矢位通解；磁矢位的通 解中包含磁矢位的初始待定系数。
[0011]第三步：根据边界条件并利用迭代方法求得精确的相对磁导率及磁矢位特 解：
[0012]针对所有子域，在相邻的环形域分界面上根据满足磁矢位A相等和磁场强 度切向分量H
θ
连续而确定各环形域分界面的边界条件；其中，针对隔磁桥子域 和隔磁桥饱和溢出子域存在的非线性磁饱和情况，设置初始的相对磁导率，带 入对应子域的边界条件，然后，联立所有子域的边界条件即可求得初始的磁矢 位特解，进而得到初始磁通密度B，根据磁通密度B
‑
磁场强度H曲线查到与初 始磁通密度对应的新的相对磁导率,然后校正设置的初始的相对磁导率，重新带 入对应子域的边界条件，利用迭代方法求得精确的相对磁导率，求得隔磁桥子 域以及隔磁桥饱和溢出子域的精确的相对磁导率，从而求得对应子域精确
的磁 矢位特解；
[0013]第四步：电机电磁性能计算：
[0014]根据得到的各子域的磁矢位特解进一步处理得到气隙磁通密度的径向分量 和切向分量，由气隙磁通密度的径向分量和切向分量处理获得气隙磁通密度， 根据气隙磁通密度得内置式永磁电机的电机转矩与各相绕组反电动势。
[0015]通常，现有技术中将隔磁桥子域以及隔磁桥饱和溢出子域的相对磁导率认 为是无穷大，处理时候会设置为一个预设较大值，忽略电机中存在的铁心材料 非线性磁饱和问题，而本专利技术发现这对于存在隔磁桥结构的内置式电机来说， 永磁体产生的磁通将过多的通过隔磁桥而不经过气隙，从而导致磁场无法准确 计算，子域模型法的求解精度大幅下降。因此，本专利技术通过特殊的子域划分考 虑了隔磁桥非线性磁饱和问题，通过迭代计算求解了隔磁桥子域精确的相对磁 导率，解决了转子隔磁桥存在的非线性磁饱和问题，提高了子域模型法的求解 精度。
[0016]所述第一步，具体为：
[0017]所述的内置式永磁电机结构包括了内圈的转子和外圈的定子，转子内布置 有永磁体组，永磁体组包括布置在转子内部且呈V形布置的两个磁极相反布置 的条形永磁体，条形永磁体均布置在自身的永磁体槽内，条形永磁体两端均具 有气隙；定子内布置有绕组，定子沿圆周开设有多个定子槽，定子槽内布置绕 组，定子槽在靠近径向中心的一侧连接过渡槽，过渡槽贯穿于定子内侧面布置；
[0018]将转子内的V形布置的两个条形永磁体看作在转子外边缘内部沿同一圆周 相间隔布置的两个弧形永磁体，使得将转子中的永磁体沿V形径向布置等效为 圆周周向布置，弧形永磁体均布置在自身的永磁体槽内，同一永磁体组中的两 个弧形永磁体相对端面之间设有气隙，且相邻两个永磁体组中的同磁极方向布 置且相邻布置的两个弧形永磁体连接一起组成一个永磁体基本单元，形成简化 结构；这样在内置式永磁电机结构的简化结构中，按照永磁体基本单元沿圆周 周向重复周期性布置；
[0019]每个永磁体基本单元内包含，两个弧形永磁体拼成的单个弧形永磁体，弧 形永磁体位于弧形永磁体槽内，弧形永磁体的周向长度等于V形布置的两个条 形永磁体的周向长度b
m
，弧形永磁体槽的周向长度等于V形永磁体槽的周向长 度b
p
。
[0020]在内置式永磁电机结构截面的二维极坐标系下，将简化结构的每个永磁体 基本单元对应的结构范围由外而内划分为8个区域，利用所处位置在极坐标系 下的半径坐标r来说明各个区域：
[0021]根据定子的定子槽外径R
sb
、定子的过渡槽外径R
t
、定子的内半径R
s
、转子 的外半径R
c
、永磁体的外半径R
m
和永磁体的内半径R
r
，按照每处位置到转子中 心的距离r根据以下方式分类划分为多个环形域；
[0022]当R
t
<r<R
sb
时，为槽身环形域，定子槽位于槽身环形域内，以槽身环形域 内的定子槽作为槽身子域，即为图1中的子域1；
[0023]当R
s
<r<R
t
时，为槽口环形域，过渡槽位于槽口环形域内，以槽口环形域 内的过渡槽作为槽口子域，即为图1中的子域2；
[0024]当R
c
<r<R
s
时，为气隙环形域，以整个气隙环形域作为气隙子域，即为图 1中的子域3；
[0025]当R
m
<r<R
c
时，为隔磁桥环形域，包括2个隔磁桥子域和2个隔磁桥饱和 溢出子域。永磁体外径小于转子外径，永磁体外边缘和转子外边缘之间形成一 定厚度，以位于永磁体槽内永磁体两端的气隙径向外侧的转子部分作为隔磁桥 子域I，即为图1中的子域4和5，以位于永磁体两端端部径向外侧的转子部分 作为隔磁桥饱和溢出子域II，即为图1中的子域6和7；
[0026]当R
r
<r<R
m
时，为永磁体环形域，永磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑隔磁桥饱和的内置式永磁电机磁场解析方法，其特征在于：方法包括下列步骤：第一步：内置式永磁电机结构等效及子域划分：将内置式永磁电机结构等效为一种简化结构，并且在二维极坐标系下将等效电机具体划分为8个子域；第二步：对各个子域分别建立磁矢位方程并求得磁矢位通解；第三步：根据边界条件并利用迭代方法求得精确的相对磁导率及磁矢位特解：针对所有子域，在相邻的环形域分界面上根据满足磁矢位A相等和磁场强度切向分量H
θ
连续而确定各环形域分界面的边界条件；求得隔磁桥子域以及隔磁桥饱和溢出子域的相对磁导率，从而求得对应子域精确的磁矢位特解；第四步：电机电磁性能计算：根据得到的各子域的磁矢位特解进一步处理得到气隙磁通密度的径向分量和切向分量，由气隙磁通密度的径向分量和切向分量处理获得气隙磁通密度，根据气隙磁通密度得内置式永磁电机的电机转矩与各相绕组反电动势。2.根据权利要求1所述的考虑隔磁桥饱和的内置式永磁电机磁场解析方法，其特征在于：所述第一步，具体为：所述的内置式永磁电机结构包括了内圈的转子和外圈的定子，转子内布置有永磁体组，永磁体组包括布置在转子内部且呈V形布置的两个磁极相反布置的条形永磁体；定子内布置有绕组，定子沿圆周开设有多个定子槽，定子槽内布置绕组，定子槽在靠近径向中心的一侧连接过渡槽，过渡槽贯穿于定子内侧面布置；将转子内的V形布置的两个条形永磁体看作在转子外边缘内部沿同一圆周相间隔布置的两个弧形永磁体，且相邻两个永磁体组中的同磁极方向布置且相邻布置的两个弧形永磁体连接一起组成一个永磁体基本单元，形成简化结构；这样在内置式永磁电机结构的简化结构中，按照永磁体基本单元沿圆周周向重复周期性布置；在内置式永磁电机结构截面的二维极坐标系下，将简化结构的每个永磁体基本单元对应的结构范围由外而内划分为8个区域：根据定子的定子槽外径R
sb
、定子的过渡槽外径R
t
、定子的内半径R
s
、转子的外半径R
c
、永磁体的外半径R
m
和永磁体的内半径R
r
，按照每处位置到转子中心的距离r根据以下方式分类划分为多个环形域；当R
t
<r<R
sb
时，为槽身环形域，以槽身环形域内的定子槽作为槽身子域；当R
s
<r<R
t
时，为槽口环形域，以槽口环形域内的过渡槽作为槽口子域；当R
c
<r<R
s
时，为气隙环形域，以整个气隙环形域作为气隙子域；当R
m
<r<R
c
时，为隔磁桥环形域，永磁体外径小于转子外径，以位于永磁体槽内永磁体两端的气隙径向外侧的转子部分作为隔磁桥子域I，以位于永磁体两端端部径向外侧的转子部分作为隔磁桥饱和溢出子域II；当R
r
<r<R
m
时，为永磁体环形域，以永磁体环形域内的永磁体作为永磁体子域。3.根据权利要求2所述的考虑隔磁桥饱和的内置式永磁电机磁场解析方法，其特征在于：第二步具体为：A)在永磁体子域建立泊松方程：
其中，A表示磁矢位，r表示当前所处位置到转子中心的距离，θ表示当前所处位置的圆周角，μ0为真空磁导率，M
θi
为第i个永磁体基本单元下的极化强度的切向分量，M
ri
为第i个永磁体基本单元下的径向分量；在永磁体子域充磁方式为径向充磁的情况下永磁体极化强度M
ri
和M
θi
的傅里叶级数形式表示为：M
θi
＝0式中，ν8表示永磁体子域的最大磁场谐波次数，且ν8＝1、3、5、7
…
；b
m
表示弧形永磁体的周向长度，b
p
表示弧形永磁体槽的周向长度，B
rm
表示等效电机永磁体的剩余磁通密度；所述的等效电机永磁体的剩余磁通密度B
rm
为：式中，B
rm0
表示V形永磁体的剩余磁通密度，l
pm
表示V形永磁体长度，l
ri
表示V形永磁体底部隔磁桥的宽度，R
m
表示等效后永磁体外半径，B
ri
表示V形永磁体底部隔磁桥的磁通密度；将永磁体极化强度M
ri
...

【专利技术属性】
技术研发人员：史婷娜，王慧敏，张振，颜冬，阎彦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：