一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法技术

本发明专利技术公开了一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，包括：将永磁电机每处隔磁桥用矩形等效气隙进行等效；预估隔磁桥处的铁心的饱和程度；计算等效气隙长度初始值；将电机区域划分为五类子域；建立各子域内矢量磁位方程和交界面上的边界条件；通过求解矢量磁位方程中的未知系数，获得永磁电机磁密表达式以及相对磁导率的误差；通过更新隔磁桥处铁心的相对磁导率迭代计算，直至得到的相对磁导率误差值小于限定值，从而获得最终永磁电机磁密结果。本发明专利技术方法能准确计算出考虑铁心饱和下的永磁电机磁密大小，为切向式四层绕组分数槽永磁电机的磁场计算和性能分析提供了一种高效且精确的研究方法。一种高效且精确的研究方法。一种高效且精确的研究方法。

【技术实现步骤摘要】
一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法


[0001]本专利技术属于永磁电机的
，具体涉及一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法。

技术介绍

[0002]电磁场计算是进行电机设计的重要步骤之一，也是计算和分析电机性能的基础和前提，常用的计算方法主要有等效磁路法、有限元法和解析法三种。其中，解析法通过对电机内的磁位拉普拉斯/泊松方程求解，可以获得电机性能和设计参数之间的直观的关系表达式，是一种快捷而有效的电磁场计算方法，在电机优化设计和参数分析方面具有独特的优势。但解析建模的前提是需要对各结构边界进行准确的数学描述，对结构稍微复杂的电机则难以实现。此外，该方法多将铁心的磁导率假设成无穷大，以简化问题分析，因此难以考虑铁心饱和产生的问题。
[0003]切向式结构永磁电机是一种内置式电机，其转子具有较好的聚磁性能，能提供较大的电磁转矩，因而在工业领域得到了广泛应用。但该结构电机转子结构复杂，数学建模较为困难，而且转子隔磁桥处存在漏磁和铁心饱和现象，如不能考虑铁心饱和，将会导致后续磁场计算出现较大误差。因此要获得切向式四层绕组永磁电机磁场的解析表达式，必须解决隔磁桥处的铁心饱和问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，在本专利技术提供的方法中通过等效气隙法为切向式结构永磁电机的铁心饱和问题提供了一种研究方法，以便于对电机进行更加精确的数学建模，通过该方法获得的磁场计算结果，可进一步用于计算电机的其他电磁性能，为永磁电机磁极优化设计和电机性能分析提供了一种方便快捷的研究手段。
[0005]技术方案：第一方面本专利技术提供的一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，包括以下步骤：
[0006]采用矩形气隙对永磁电机转子中的每处隔磁桥分别进行等效处理，得出单个隔磁桥的实际宽度；
[0007]根据单个隔磁桥的实际宽度预估隔磁桥处的铁心的饱和程度，从而得出隔磁桥相对磁导率值μ
r1
；
[0008]将磁导率值μ
r1
作为隔磁桥处铁心的相对磁导率的初始值μ
r1
；
[0009]根据隔磁桥处铁心的相对磁导率的初始值μ
r1
计算相应的等效矩形气隙长度l
a1
；
[0010]基于等效矩形气隙长度l
a1
得出电机磁场区域，并将电机磁场区域划分为五类子域；在电机磁场区域的坐标系下分别建立五类子域的矢量磁位方程；
[0011]根据麦克斯韦理论分别建立各子域交界面的磁场特性，获得各子域之间的交界面上的边界条件；
[0012]将各子域的矢量磁位方程代入边界条件中，求解矢量磁位方程中的未知系数，获得永磁电机的各子区域的矢量磁位，并通过矢量磁位推导出各子域的磁密表达式；
[0013]根据各子域的磁密表达式计算获得各子域本周期内的隔磁桥处铁心的相对磁导率计算值μ
r1
'，并计算本周期的相对磁导率的误差Δμ
r1
；
[0014]基于预设的相对磁导率的误差Δμ
s
判断，选择输出各子域的相对磁导率计算值μ
rz
'；
[0015]将输出的各子域的相对磁导率计算值μ
rz
'输入电机磁场模型中最终解析出电机各子域内的磁密分布情况。
[0016]在进一步的实施例中，每处隔磁桥分别进行等效处理后得出等效矩形气隙的宽度；所述单个等效矩形气隙的宽度等于单个隔磁桥的实际宽度；
[0017]进而等效气隙长度l
a1
的计算公式为：
[0018]l
a1
＝l
b
/μ
r1
ꢀꢀꢀ
(1)
[0019]式中，l
b
为隔磁桥实际的长度，l
az
为等效气隙长度计算值。
[0020]在进一步的实施例中，五类子域包括：等效气隙子域、永磁体子域、实际气隙子域、定子槽口子域以及定子槽身子域。
[0021]在进一步的实施例中，等效气隙子域设为区域1j和区域3j，永磁体子域设为区域2j，实际气隙子域设为区域4、定子槽口子域设为区域5i，定子槽身子域设为区域6i；
[0022]在进一步的实施例中，等效气隙区域1j内的矢量磁位的计算公式为：
[0023][0024]式中，A
z1
为等效气隙区域1j内的矢量磁位方程，L
p
为中间变量，PP为电机极数；
[0025]其中，L
p
为中间变量，计算公式为：
[0026][0027]永磁体区域2j内的矢量磁位的计算公式为：
[0028][0029]式中，A
z2
为永磁体区域2j内的矢量磁位方程，U
v
为中间变量；
[0030]U
v
的计算公式为：
[0031][0032]等效气隙区域3j内的矢量磁位的计算公式为：
[0033][0034]式中，A
z3
为等效气隙区域3j内的矢量磁位方程，Y
q
为中间变量；
[0035]Y
q
的计算公式为：
[0036][0037]气隙区域4内的矢量磁位计算公式为：
[0038][0039]式中，A
z4
为气隙区域4内的矢量磁位方程；
[0040]定子槽口区域5i内的矢量磁位计算公式为：
[0041][0042]式中，A
z5i
为定子槽口区域5i内的矢量磁位方程，F
m
为中间变量，QQ为电机槽数；
[0043]F
m
的计算公式为：
[0044][0045]定子槽身区域6i内的矢量磁位的计算公式为：
[0046][0047]式中，A
z6i
为定子槽身区域6i内的矢量磁位方程，E
n
为中间变量；
[0048]E
n
的计算公式为：
[0049][0050](1)
‑
(12)式中，预设电机内的任意一点，r为在极坐标系下该点到电机圆心的半径，α为该点的机械位置角，A
z
为该点处的矢量磁位轴向分量，A
z
分别对应的角标1j、2j、3j、4、5i以及6i为该点处所属区域；p、v、q、k、m、n为相应谐波次数，P、V、Q、K、M、N分别为p、v、q、k、m、n计算过程中取到的最大谐波次数，C
1j
、D
1j
、C
2j
、D
2j
、C
3j
、D
3j
、A4、B4、C4、D4、C
5i
、D
5i
、C...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，其特征在于，包括以下步骤：采用矩形气隙对永磁电机转子中的每处隔磁桥分别进行等效处理，得出单个隔磁桥的实际宽度；根据单个隔磁桥的实际宽度预估隔磁桥处的铁心的饱和程度，从而得出隔磁桥相对磁导率值μ
r1
；将磁导率值μ
r1
作为隔磁桥处铁心的相对磁导率的初始值μ
r1
；根据隔磁桥处铁心的相对磁导率的初始值μ
r1
计算相应的等效矩形气隙长度l
a1
；基于等效矩形气隙长度l
a1
得出电机磁场区域，并将电机磁场区域划分为五类子域；在电机磁场区域的坐标系下分别建立五类子域的矢量磁位方程；根据麦克斯韦理论分别建立各子域交界面的磁场特性，获得各子域之间的交界面上的边界条件；将各子域的矢量磁位方程代入边界条件中，求解矢量磁位方程中的未知系数，获得永磁电机的各子区域的矢量磁位，并通过矢量磁位推导出各子域的磁密表达式；根据各子域的磁密表达式计算获得各子域本周期内的隔磁桥处铁心的相对磁导率计算值μ
r1
'，并计算本周期的相对磁导率的误差Δμ
r1
；基于预设的相对磁导率的误差Δμ
s
判断，选择输出各子域的相对磁导率计算值μ
rz
'；将输出的各子域的相对磁导率计算值μ
rz
'输入电机磁场模型中最终解析出电机各子域内的磁密分布情况。2.根据权利要求1所述的一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，其特征在于，每处隔磁桥分别进行等效处理后得出等效矩形气隙的宽度；所述单个等效矩形气隙的宽度等于单个隔磁桥的实际宽度；进而等效矩形气隙长度l
a1
的计算公式为：l
a1
＝l
b
/μ
r1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，l
b
为隔磁桥实际的长度，l
a1
为等效矩形气隙长度计算值。3.根据权利要求1所述的一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，其特征在于，所述五类子域包括：等效气隙子域、永磁体子域、实际气隙子域、定子槽口子域以及定子槽身子域。4.根据权利要求3所述的一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，其特征在于，所述等效气隙子域设为区域1j和区域3j，永磁体子域设为区域2j，实际气隙子域设为区域4，定子槽口子域设为区域5i，定子槽身子域设为区域6i；所述等效气隙区域1j内的矢量磁位的计算公式为：等效气隙区域1j内的矢量磁位A
z1
方程为：其中，L
p
为中间变量，计算公式为：
永磁体区域2j内的矢量磁位A
z2
方程为：其中，U
v
为中间变量，计算公式为：等效气隙区域3j内的矢量磁位A
z3
方程为：其中，Y
q
为中间变量，计算公式为：气隙区域4内的矢量磁位A
z4
方程为：定子槽口区域5i内的矢量磁位A
z5i
方程为：其中，F
m
为中间变量，计算公式为：定子槽身区域6i内的矢量磁位A
z6i
方程为：其中，E
n
为中间变量，计算公式为：公式(1)
‑
(12)中，预设电机内的任意一点，r为在极坐标系下该点到电机圆心的半径，α为该点的机械位置角，A
z
为该点处的矢量磁位轴向分量，A
z
分别对应的角标1j、2j、3j、4、5i以及6i为该点处所属区域，PP为电机极数，QQ为电机槽数；p、v、q、k、m、n为相应谐波次数，P、V、Q、K、M、N分别为p、v、q、k、m、n计算过程中取到的最大谐波次数，C
1j
、D
1j
、C
2j
、D
2j
、C
3j
、D
3j
、A4、B4、C4、D4、C
5i
、D
5i
、C
6i
、D
6i
为待定系数，β
e1
为第j个磁极底部隔磁桥等效气隙宽对应的圆心角，β
j
为第j个磁极中心位置，β
pm
为磁极宽对应的圆心角，β
e2
为磁极顶部隔磁桥等效气隙宽对应的圆心角，β
e1
、β
j
、β
pm
、β
e2
均采用弧度制；α
bo
为槽口宽对应的圆心角，α
i
为第i个槽身中
心位置，α
bs
为槽身宽对应的圆心角，α
bo
、α
i
、α
bs
均采用弧度制；R
p
为转子铁心外半径、R
pmb
磁极底部隔磁桥外半径、R
pmt
永磁体外半径、R
q
磁极顶部隔磁桥外半径、R
s
为定子铁心内半径、R
t
为槽身内半径，R
sb
为槽身内外半径。5.根据权利要求1所述的一种切向式四层绕组分数槽永磁电机磁密分布计算方法，其特征在于，各子域之间的交界面上的边界条件包括如下：在转子铁心与转轴交界面处满...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浈斐，李家玉，马宏忠，范晨阳，章黄勇，凌志豪，王枫，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：