一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法技术

本发明专利技术公开基于改进卡特系数的分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法。首先，基于Schwarz

【技术实现步骤摘要】
一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法


[0001]本专利技术涉及永磁电机磁场计算领域，具体涉及一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法。

技术介绍

[0002]在永磁电机的设计优化中，利用有限元法可以精确考虑软磁材料的饱和度和复杂的拓扑结构。然而，有限元分析对计算机的算力要求较高，且不能揭示关键几何参数和电磁性能之间的关系。因此，解析法被广泛用于快速性能预测和永磁机的初始设计阶段。
[0003]在分数槽集中绕组电机中，每个永磁磁极的磁路很短，模型的局部建模精度将对最终的计算精度产生显著影响，传统卡特系数不能准确反映每个永磁磁极在不同转子位置上的磁动势变化。因此，为了实现对分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场的精确计算，应对现有磁势磁导模型进行改进。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法，包括以下步骤：
[0007]在不同转子位置角下，基于相对磁导分布函数计算每个磁极由于开槽导致的磁导大小变化；
[0008]建立分数槽集中绕组永磁电机的集总参数磁路模型；
[0009]利用改进卡特系数修正每个磁极的气隙磁导大小，迭代求解集总参数磁路模型，得到每个磁极的磁动势降落；
[0010]基于磁动势分布及相对磁导分布计算得到气隙磁场。
[0011]可选地，所述的开槽导致的磁导大小变化的计算方法包括以下步骤：根据电机的定子、转子尺寸参数进行Schwarz
‑
Christoffel变换，得到开槽引起的气隙相对磁导分布其中，s＝e
z
,,s为极坐标系S中的坐标值，S坐标系经过保角变换得到Z坐标系，w为坐标系Z中的坐标值，R
s
为定子内径，R
r
为转子外径，θ
s
为槽距角，b0′
为槽开口角。
[0012]可选地，所述的改进的卡特系数为γ
pole
‑
pitch
是极距角，λ
r
(θ,α)是相对磁导函数，α是转子位置角。
[0013]可选地，所述的建立分数槽集中绕组永磁电机的集总参数磁路模型具体包括以下步骤：简化永磁电机复杂的拓扑结构，得到各个部分的磁导模块，电机的各个部件均使用磁导模块进行建模，每个磁极的气隙仅需要一个磁导模块P
i
，永磁体等效磁动势计算表达式为：I
pm
＝H
c
h
pm
P
pm
，H
c
为永磁体矫顽力，h
pm
永磁体厚度，P
pm
为永磁体磁导。
[0014]可选地，所述计算每个磁极的磁动势降落具体包括以下步骤：F＝G
‑1I，F＝[F(1,α)F(2,α)
…
F(i,α)
…
F(2p,α)]T
，F(i,α)是第i个磁极磁动势降落，p是极数，G是磁导矩阵，I是等效电流源列向量。
[0015]可选地，所述的计算磁动势降落的方法包括以下步骤：将永磁磁势模型等效为电枢磁动势模型；
[0016]根据每个磁极磁动势降落F(i，α)修正每个磁极的磁动势幅值，得到初始磁动势分布F(θ，α)。
[0017]可选地，计算气隙磁密的方法为：B(θ，α)＝F(θ，α)Λ0λ
r
(θ，α)，
[0018]F(θ，α)为初始磁动势分布函数，Λ0为光滑气隙磁导，λ
r
(θ，α)是相对磁导函数。
[0019]可选地，所述的磁导模块计算为P
i
＝k
Λ
(i，α)Λ0，k
Λ
(i，α)为改进卡特系数，Λ0为光滑气隙磁导。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术针对分数槽集中绕组永磁电机提出了更为准确的初始磁动势分布模型，在该模型中，初始永磁磁动势被等效为电枢磁势，同时槽口的磁动势被认为是线性降落。相较于现有的方波磁动势模型，该方法更接近实际、是一种更准确的初始磁动势模型。
[0022](2)本专利技术基于开槽引起的相对磁导分布函数计算每个磁极由于开槽导致的磁导大小变化，并定义改进的卡特系数来表征这一现象。相较于通过传统卡特系数计算每极磁导变化的方法，本专利技术提出的模型可以更精确地表征不同转子位置角对每极气隙磁导的影响，提高了磁势磁导模型计算分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场的精度。相较于现有的集总参数磁路模型，本专利技术在每个磁极对应的气隙范围中仅需要一个磁导模型的前提下，极大地提高了气隙磁密波形的连续性与精度。
附图说明
[0023]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0024]图1为本专利技术的一些示例中的分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法的实施流程图；
[0025]图2为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机定子相对磁导计算示意图；
[0026]图3为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机转子相对磁导计算示意图；
[0027]图4为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机极距角定义示意图；
[0028]图5为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机集总参数磁路模型示意图；
[0029]图6为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机初始永磁磁动势等效示意图；
[0030]图7为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机初始永磁磁动势分布示意图；
[0031]图8为本专利技术的一些示例中的辐条式永磁电机用改进卡特系数修正后的磁动势分布图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术的一些示例中，一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法，包括以下步骤：
[0034]在不同转子位置角下，基于相对磁导分布函数计算每个磁极由于开槽导致的磁导大小变化；
[0035]建立分数槽集中绕组永磁电机的集总参数磁路模型；
[0036]利用改进卡特系数修正每个磁极的气隙磁导大小，迭代求解集总参数磁路模型，得到每个磁极的磁动势降落；
[0037]基于磁动势分布及相对磁导分布计算得到气隙磁场。
[0038]在本专利技术的一些具体的示例中，公开了以24槽20极辐条式永磁同步电机为例的气隙磁场计算方法。
[0039]本专利技术整体实施构成如图1所示，首先，基于Schwarz
‑
Christoffel变换得到一个槽距内的气隙磁导分布，并扩展到气隙一周内的磁导分布λ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法，其特征在于，包括以下步骤：在不同转子位置角下，基于相对磁导分布函数计算每个磁极由于开槽导致的磁导大小变化；建立分数槽集中绕组永磁电机的集总参数磁路模型；利用改进卡特系数修正每个磁极的气隙磁导大小，迭代求解集总参数磁路模型，得到每个磁极的磁动势降落；基于磁动势分布及相对磁导分布计算得到气隙磁场。2.根据权利要求1所述的分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法，其特征在于，所述的开槽导致的磁导大小变化的计算方法包括以下步骤：根据电机的定子、转子尺寸参数进行Schwarz
‑
Christoffel变换，得到开槽引起的气隙相对磁导分布Christoffel变换，得到开槽引起的气隙相对磁导分布其中，其中，s为极坐标系S中的坐标值，S坐标系经过保角变换得到Z坐标系，w为坐标系Z中的坐标值，R
s
为定子内径，R
r
为转子外径，θ
s
为槽距角，b
′0为槽开口角。3.根据权利要求2所述的分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法，其特征在于，所述的改进的卡特系数为γ
pole
‑
pitch
是极距角，λ
r
(θ,α)是相对磁导函数，α是转子位置角。4.根据权利要求1所述的分数槽集中绕组永磁电机气隙磁场计算方法，其特征在于，所述的建立分数槽集中绕组永磁电机的集总参数磁路模型具体包括以下步骤：简化永磁电机复杂的拓扑结构，得到各个部分的磁导模块，电机的各个部件均使用磁导模块进行建模，每个磁极的气隙仅需要一个磁导模块P
i
，永磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：花为，印航，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：