一种表贴式永磁电机端部效应的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种表贴式永磁电机端部效应的计算方法，包括步骤如下：S1，在给定条件下，定义端部与中心长度处磁密的比值为漏磁系数，并提出漏磁拟合函数的表达式来计算漏磁系数；S2，提取样机的永磁厚度H、叠压长度L和气隙长度g作为漏磁拟合函数的变量；S3，将漏磁系数Gl与气隙磁密相乘，得到三维情况下考虑端部漏磁的磁密；通过麦克斯韦张量法得到考虑端部效应的转矩；将漏磁系数Gl积分得到加权因子G，将加权因子G与二维模型结果相乘，得到准三维结果。本发明专利技术的计算时间短，且无需额外的三维有限元模型，实现了表贴式永磁电机的端部效应计算。算。算。

【技术实现步骤摘要】
一种表贴式永磁电机端部效应的计算方法


[0001]本专利技术涉及表贴式永磁电机端部磁场数值计算，尤其涉及一种表贴式永磁电机端部效应的计算方法。

技术介绍

[0002]表面安装式永磁体电机，包括轴向磁通永磁电机和径向磁通永磁电机，由于其机械结构紧凑、功率密度高，被各领域广泛应用。在电机设计和优化阶段，为了协调计算时间和计算精度，通常只求解二维模型来代替三维有限元模型，常用的方法如解析法、二维有限元法，但常用方法的主要假设都忽略端部效应，这严重影响了模型的计算精度。因此，为了在设计阶段保持低计算时间同时获得高精度的结果，如何以简单快捷的方式考虑末端效应是当前研究热点。
[0003]有学者用分析方法讨论了端部绕组电感和端部漏磁对电机性能的影响，以及有限元与磁等效电路耦合计算磁导率来分析漏磁。然而，这些方法计算相对复杂，这在电机优化阶段很难实现。近年来，学者们建议使用端漏通量函数来量化永磁电机的端漏通量，然后使用该函数来修正二维分析结果，以避免使用三维方法。引入了基于曲线拟合方法的校正g(r)函数来考虑这一点，基于该g(r)函数，结合分析模型和有限元方法来考虑端部效应。然而，这将花费很多时间，因为校正函数中的系数是从简化的三维有限元获得的。有学者结合麦克斯韦方程的解和磁等效电路，确定考虑端部效应的开槽轴向磁通永磁电机的空载磁场分布；通过引入端函数，考虑了端效应对径向气隙磁场分布的影响。还有学者提出了一种基于适当场函数的定义和叠加的分析方法，该方法可以精确模拟样机的不同奇异点：PM场分布、开槽效应和径向端部效应。最近，科研人员提出了一种新的端漏磁通函数，可用于精确量化分数槽集中绕组表面永磁电机的端部漏磁，缺点是它没有考虑电枢反应。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能考虑空载和电枢反应，快速准确地求解各参数范围内漏磁的表贴式永磁电机端部效应磁场的计算方法。
[0005]技术方案：本专利技术表贴式永磁电机端部效应的计算方法，包括步骤如下：
[0006]S1，在给定条件下，定义端部与中心长度处磁密的比值为漏磁系数，并提出漏磁拟合函数的表达式来计算漏磁系数；
[0007]S2，提取样机的永磁厚度H、叠压长度L和气隙长度g作为漏磁拟合函数的变量；
[0008]S3，将漏磁系数Gl与气隙磁密相乘，得到三维情况下考虑端部漏磁的磁密；通过麦克斯韦张量法得到考虑端部效应的转矩；将漏磁系数Gl积分得到加权因子G，将加权因子G与二维模型结果相乘，得到准三维结果。
[0009]进一步，步骤S1中，所述给定条件如下：
[0010]a)边缘漏磁与主磁通无关；
[0011]b)内外两侧的漏磁相同，只考虑一侧漏磁；
[0012]c)端部效应的漏磁只考虑磁通径向分量的减少；
[0013]d)不考虑磁路饱和；
[0014]e)中心长度处无漏磁，作为参考点。
[0015]进一步，步骤S1中，漏磁系数Gl
′
的表达式如下：
[0016][0017]所述漏磁拟合函数的表达式如下：
[0018][0019]式中，l为漏磁分析模型中计算线上的坐标，计算线从中心长度到端部；K1、K2是与永磁厚度H、叠压长度L、气隙长度g相关的参数。
[0020]进一步，步骤S3中，端部位置的气隙磁密径向分量B
rend
的表达式如下：
[0021]B
rend
＝Gl
·
B
r
[0022]其中，Gl为漏磁系数，B
r
为气隙磁密径向分量。
[0023]进一步，步骤S3中，通过麦克斯韦张量法得到考虑端部效应的转矩的表达式如下：
[0024][0025]其中，μ0是真空磁导率；B
r
、B
θ
分别是磁密的径向分量和切向分量；L
stk
是电机的叠压长度。
[0026]进一步，步骤S3中，通过计算Gl在叠压长度上的积分，把曲线换算成单个数值，则所述加权因子G的表达式如下：
[0027][0028]其中，L
stk
是电机的叠压长度。
[0029]本专利技术与现有技术相比，其显著效果如下：
[0030]1、根据端部漏磁通与主磁路无关的假设，设计了永磁体和绕组的漏磁分析模型；进行灵敏度分析，提取影响端部漏磁的关键几何参数，得到端部漏磁的变化特性；
[0031]2、提出精确表示端部漏磁的拟合函数Gl，用于量化表贴式永磁电机端部漏磁，使其可以通过计算求得，将径向磁密的轴向相关性转换为通过几何参数计算的函数，通过电机几何参数拟合函数，直接用电机参数计算漏磁；计算速度快，精度高，不需要使用有限元；
[0032]3、根据永磁体和绕组的漏磁分析模型，分别考虑空载状态和电枢反应的端部效应，空载状态漏磁系数与永磁模型漏磁系数相等，负载状态漏磁系数与永磁模型漏磁系数和绕组模型漏磁系数的乘积相等，进而实现电机空载和负载工况下的端部漏磁计算。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的永磁漏磁模型的示意图；
[0034]图2为本专利技术的绕组漏磁模型的示意图；
[0035]图3中的(a)为磁密曲线示意图，
[0036](b)为漏磁系数曲线示意图；
[0037]图4中的(a)为本专利技术中K1不同取值的函数Gl示意图,
[0038](b)为本专利技术中K2不同取值的函数Gl示意图；
[0039]图5为本专利技术计算方法的流程图；
[0040]图6为本专利技术样机的三维有限元模型示意图；
[0041]图7为本专利技术中样机空载漏磁系数对比图；
[0042]图8为本专利技术中样机负载漏磁系数对比图；
[0043]图9为本专利技术中样机的二维有限元模型示意图；
[0044]图10为本专利技术中样机的2.5mm处的气隙中心处采用不同方法得到的径向磁密对比图；
[0045]图11为本专利技术中样机的转矩对比图；
[0046]图12为空载额定转速下的A相反电势对比图；
[0047]图13为空载不同转速下的线反电势对比图；
[0048]图14为低转速区电流转矩比例图。
具体实施方式
[0049]下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。
[0050](一)实现方法
[0051]本专利技术提供了一种基于几何参数的表贴式永磁电机端部效应的计算方法，包括以下步骤：
[0052]步骤1，给出假设条件，具体假设条件如下：
[0053]a)边缘漏磁与主磁通无关；
[0054]b)内外两侧的漏磁相同，只考虑一侧漏磁；
[0055]c)端部效应主要影响磁密的径向分量，对切向分量的影响很小，本专利技术的漏磁计算只考虑磁通径向分量的减少；
[0056]d)不考虑磁路饱和；
[0057]e)中心长度处无漏磁，作为参考点；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表贴式永磁电机端部效应的计算方法，其特征在于，包括步骤如下：S1，在给定条件下，定义端部与中心长度处磁密的比值为漏磁系数，并提出漏磁拟合函数的表达式来计算漏磁系数；S2，提取样机的永磁厚度H、叠压长度L和气隙长度g作为漏磁拟合函数的变量；S3，将漏磁系数Gl与气隙磁密相乘，得到三维情况下考虑端部漏磁的磁密；通过麦克斯韦张量法得到考虑端部效应的转矩；将漏磁系数Gl积分得到加权因子G，将加权因子G与二维模型结果相乘，得到准三维结果。2.根据权利要求1所述表贴式永磁电机端部效应的计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述给定条件如下：a)边缘漏磁与主磁通无关；b)内外两侧的漏磁相同，只考虑一侧漏磁；c)端部效应的漏磁只考虑磁通径向分量的减少；d)不考虑磁路饱和；e)中心长度处无漏磁，作为参考点。3.根据权利要求1所述表贴式永磁电机端部效应的计算方法，其特征在于，步骤S1中，漏磁系数Gl
′
的表达式如下：所述漏磁拟合函数的表达式如下：式中，l为漏磁分析模型中计算线上的坐标，计算线从中心长度到端部；K1、K2是与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭保成，肖思聪，陈叶群，吴彦辰，吴泽昆，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：