一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法技术

本发明专利技术涉及一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法。包括：S1、在柱坐标系下分别建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域、气隙域和定子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程；S2、求解电机平均半径圆柱面电磁场的矢量磁位以及轴向和切向磁通密度；S3、基于自适应收敛迭代算法对定转子齿部材料的磁导率进行迭代计算，得到考虑磁饱和效应的电机平均半径圆柱面电磁场磁通密度；S4、基于径向修正函数，将电机平均半径圆柱面的电磁场磁通密度解析解拓展求得电机三维空间内的任意一点的轴向与切向磁通密度。与现有技术相比，本发明专利技术可以快速而准确地计算考虑磁饱和效应和边缘效应的轴向开关磁阻电机非线性电磁场特性。线性电磁场特性。线性电磁场特性。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法


[0001]本专利技术涉及轴向开关磁阻电机优化设计
，尤其是涉及一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法。

技术介绍

[0002]轴向开关磁阻电机结合了开关磁阻电机和轴向磁通电机的优点，具有转矩密度高、性能稳定、结构简单以及成本低等特点，在电动汽车、飞机、矿山机械等领域具有广阔的应用前景。但是轴向开关磁阻电机固有的高转矩脉动和噪声的缺点限制了该款电机的广泛应用。因此，在设计过程中对这些电机的性能进行预测和优化是十分必要的，而电机磁场解析计算是设计的前提与基础。与耗时较长的三维有限元方法相比，采用解析计算模型对电机性能进行预测和参数化研究更加方便、快捷。
[0003]目前电机气隙磁场解析计算的方法主要有等效磁路法和解麦克斯韦电磁场控制方程方法。一方面，等效磁路法通过磁动势与磁导率相乘可以考虑材料的磁饱和效应，但是无法计算电磁场的切向磁通密度。而轴向开关磁阻电机的槽口宽度相对较大，定转子齿隙存在严重的漏磁现象，因此在进行轴向开关磁阻电机电磁场解析分析时不可以忽略切向磁通密度。另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法，其特征在于，该方法包括：S1、在柱坐标系下，分别建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域、气隙域和定子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程；S2、设定电机定转子齿部材料的磁导率初值，根据磁场边界条件求解电机平均半径圆柱面电磁场的矢量磁位以及轴向和切向磁通密度；S3、基于自适应收敛迭代算法对定转子齿部材料的磁导率进行迭代计算，使定转子齿部材料的磁导率接近磁饱和状态下的真实值，得到考虑磁饱和效应的电机平均半径圆柱面电磁场磁通密度；S4、针对定转子齿具有径向边缘的轴向开关磁阻电机，基于径向修正函数，将电机平均半径圆柱面的电磁场磁通密度解析解拓展求得电机三维空间内的任意一点的轴向与切向磁通密度。2.根据权利要求1所述的一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：S11、建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程：S12、建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的气隙域的矢量磁位复式傅里叶系数方程：S13、建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的定子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程：其中，z为轴向坐标值，e为自然常数，R
m
为电机平均半径，R
m
＝(R
i
+R
o
)/2，R
i
为电机定转子齿部内径，R
o
为电机定转子齿部外径，λ
I
为V
I
的特征值对角矩阵，W
I
为V
I
的特征向量矩阵，的特征向量矩阵，为转子齿槽域的轴向磁导率卷积矩阵，为转子齿槽域的切向磁导率卷积矩阵，为的逆矩阵，Z
ry
为转子齿底部轴向坐标值，Z
rt
为转子齿顶部轴向坐标值，λ
II
＝|K
θ
|，|，N为最高谐波阶数，Z
st
为定子齿顶部轴向坐标值，λ
III
为V
III
的特征值对角矩阵，W
III
为V
III
的特征向量矩阵，的特征向量矩阵，为定子齿槽域的轴向磁导率卷积矩阵，为定子齿槽域的
切向磁导率卷积矩阵，为的逆矩阵，Z
sy
为定子齿底部轴向坐标值，J
r
为电流密度的复式傅里叶系数构成的列向量，a
I
、b
I
、a
II
、b
II
、a
III
和b
III
为向量。3.根据权利要求2所述的一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法，其特征在于，步骤S2具体包括：S21、设定电机定转子齿部材料的磁导率初值；S22、确定磁场的边界条件：其中，H
θ
为切向磁场强度，A
r
为径向矢量磁位，上标I、上标II、上标III分别代表轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域、气隙域、定子齿槽域，z为轴向坐标值，Z
ry
为转子齿底部轴向坐标值，Z
rt
为转子齿顶部轴向坐标值，Z
st
为定子齿顶部轴向坐标值，Z
sy
为定子齿底部轴向坐标值；S23、求取向量a
I
、b
I
、a
II
、b
II
、a
III
、b
III
：其中，M
12
＝
‑
I，M
21
＝W
I
，，M
24
＝
‑
I，M
31
＝W
I
λ
I
，，M
43
＝I，
M
46
＝
‑
W
III
，，M
56
＝W
III
λ
III
，M
65
＝I，I为单位阵；S24、由矢量磁位求磁通密度：S24、由矢量磁位求磁通密度：S24、由矢量磁位求磁通密度：S24、由矢量磁位求磁通密度：S24、由矢量磁位求磁通密度：其中，θ为柱坐标系中的空间圆角坐标值，r为柱坐标系中的径向坐标值，B
z
为轴向磁通密度，B
θ
为切向磁通密度，Re{}为求复数实部计算符号，j为虚数单位。4.根据权利要求1所述的一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：S31、基于自适应收敛迭代算法对定转子齿部材料的磁导率进行迭代计算；S32、结束自适应收敛迭代计算，得到考虑磁饱和效应的电机平均半径圆柱面电磁场磁通密度。5.根据权利要求4所述的一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法，其特征在于，步骤S31具体为：S311、设定电机定转子齿部材料的磁导率初值，并组成齿部磁导率向量μ
it
：其中，上标I表示转子齿槽域，上标III表示定子齿槽域，μ
iron
为定转子齿部材料的磁导率，N
r
为轴向开关磁阻电机的转子齿数，N
s
为轴向开关磁阻电机的定子齿数；S312、带入齿部磁导率向量μ
it
(i)进行电磁场解析计算，求得每个定转子齿部观测点的轴向磁密并组成观测点轴向磁密向量B
o
：S313、根据定转子齿部材料的磁导率
‑
磁通密度曲线，求出观测点轴向磁密向量B
o
(i)对应的磁导率向量μ
table
：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：左曙光，刘畅，胡胜龙，屈盛寒，吴志鹏，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：