一种电机动态磁网络建模方法技术

本发明专利技术公开了一种电机动态磁网络建模方法，属于电机仿真建模技术领域，该方法建立并根据电机的有限元模型，得到定子磁通密度分布图和转子磁通密度分布图；根据转子磁通密度分布图和定子磁通密度分布图，分别得到电机转子磁导、定子齿部磁导、定子轭部磁导、定子槽漏磁导和定子齿端部磁导；利用十字形网格单元划分电机转子和电机定子之间的气隙区域，得到气隙磁路；根据气隙磁路，进行电机运动过程的气隙建模，得到气隙建模结果，并对电机磁网络进行节点分析，得到并根据电机磁网络节点代数方程组，得到磁网络模型。本发明专利技术解决了现有气隙运动建模方法存在重叠误差且建模精度低以及计算复杂的问题。算复杂的问题。算复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电机动态磁网络建模方法


[0001]本专利技术属于电机仿真建模
，尤其涉及一种电机动态磁网络建模方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机作为新能源汽车核心部件之一，高精度动态电机仿真模型对高性能永磁同步电机研发和性能优化具有非常重要的意义。等效磁路法能够考虑如定子开槽、永磁体分布等非线性因素。相比于传统dq轴模型能够考虑更多的非线性因素，同时也比数学解析模型更灵活，比有限元模型计算更快。
[0003]目前现有的一种技术方案利用等效磁路法在定、转子齿磁路精细化处理，然后稳态仿真求解电机稳态电磁特性。现有的另一种技术方案利用等效磁路法在定、转子间气隙建立运动网格模型对电机进行动态仿真求解电机动态电磁特性。而电机定、转子间的气隙是进行能量转换的重要区域，且气隙的等效磁阻比较大，主要的磁势下降发生在气隙，磁网络模型的精度对气隙的等效磁阻比较敏感。因此进行动态仿真分析时电机定、转子间气隙运动建模是极为重要的一环。
[0004]电机是多物理过程、多参数耦合的复杂系统。其能量的转换主要是在定、转子之间的气隙，也是其由磁能转化为机械能的重要场所。故电机对定、转子相对运动的建模尤为重要。在目前已有的技术中，整步长动网格建模方法忽略了网格重叠的过程，磁网络节点的联系不会一直随着转子转角改变而改变，这意味着当电机转动一个角度小于网格尺寸一半时，网络节点不会改变，且在转速较低时损失了部分仿真静态，这也会导致反电动势很难求解。同样节点标量磁势插值的动网格建模方法也存在重叠误差，而且这种建模方法等效于在定、转子运动表面增加与距离成反比的横向磁导串联在定、转子径向磁路上以描述磁通横向流动，但是这必然会影响计算精度。同时因为其反复的在气隙径向磁路中插入所串联的等效切向磁导而且其变化率是改变的，会产生较大的高频运动建模误差，会导致求解反电动势时引入高频谐波影响结果的精度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种电机动态磁网络建模方法解决了现有气隙运动建模方法存在重叠误差，且建模精度低以及计算复杂的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种电机动态磁网络建模方法，包括以下步骤：
[0007]S1、建立电机的有限元模型，并根据电机的有限元模型进行仿真，得到定子磁通密度分布图和转子磁通密度分布图；
[0008]S2、根据转子磁通密度分布图，采用十字形网格单元建立电机转子磁路，得到电机转子磁路；
[0009]S3、根据定子磁通密度分布图，采用集中参数法分别建立电机定子齿部磁路、电机定子轭部磁路和电机定子槽漏磁路，以及采用十字网格单元建立电机定子齿端部磁路；
[0010]S4、根据电机转子磁路、电机定子齿部磁路、电机定子轭部磁路、电机定子槽漏磁路和电机定子齿端部磁路，分别计算电机转子磁导、定子齿部磁导、定子轭部磁导、定子槽漏磁导和定子齿端部磁导；
[0011]S5、根据电机的有限元模型，对电机转子和电机定子之间的气隙区域，利用十字形网格单元进行划分，得到气隙磁路；
[0012]S6、根据气隙磁路，进行电机运动过程的气隙建模，得到气隙建模结果；
[0013]S7、根据电机转子磁导、定子齿部磁导、定子轭部磁导、定子槽漏磁导、定子齿端部磁导和气隙建模结果，对电机磁网络的节点进行分析，利用高斯消元法，得到电机磁网络节点代数方程组，并根据电机磁网络节点代数方程组，得到磁网络模型，完成电机磁网络建模。
[0014]本专利技术的有益效果为：本专利技术进行电机运动过程的气隙建模，在相同建模精度下达到高效动态仿真分析的目的；本专利技术在不增加气隙单元节点的同时继续细分磁导单元，根据相邻单元的实际重叠程度将一个网格的磁导划分为连接左右节点的两个磁导，在同样仿真精度下降低节点方程维数；本专利技术能够更好的处理磁导单元重叠，当网格数量选择恰当时能够有效减少因磁导单元重叠导致的计算误差，对于反电动势的仿真结果求解也更加准确。
[0015]进一步地，所述步骤S2中十字形网格单元是由两个径向磁导和两个切向磁导十字形连接到一点组成的一个网格单元。
[0016]上述进一步方案的有益效果为：十字型网格单元可以有效的模拟一个单元在径向、切向的磁通流动；同时十字网格单元可以根据永磁体的结构和位置灵活的对转子进行网格划分，而不考虑网格单元的布置。
[0017]进一步地，所述步骤S4中电机转子磁导、定子齿端部磁导有三种情况：
[0018]第一种情况为：电机转子磁路、定子齿端部磁路中的十字形网格单元为长方体，则电机转子磁导和定子齿端部磁导分别为：
[0019][0020][0021]其中，G
Re_1
为十字形网格单元为长方体时的电机转子磁导，表示长方体十字形网格单元中的径向磁导或切向磁导；G
Re_2
为十字形网格单元为长方体时的定子齿端部磁导，表示长方体十字形网格单元中的径向磁导或切向磁导；w
Re
为电机转子磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径的长度；μ
Re
为电机转子的磁导率；h
Re
为电机转子磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的宽；l
Re
为电机转子磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的长；w
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'为定子齿端部磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径的长度；μ
Re
'为定子齿端部的磁导率；h
Re
'为定子齿端部磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的宽；l
Re
'为定子齿端部磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的长；
[0022]第二种情况为：电机转子磁路、定子齿端部磁路中的十字形网格单元为梯形体，则电机转子磁导和定子齿端部磁导分别为：
[0023][0024][0025][0026][0027]其中，G
Tr,t_1
为十字形网格单元为梯形体时，电机转子磁导中的切向磁导；G
Tr,t_2
为十字形网格单元为梯形体时，定子齿端部磁导中的切向磁导；G
Tr,r_1
为十字形网格单元为梯形体时，电机转子磁导中的径向磁导；G
Tr,r_2
为十字形网格单元为梯形体时，定子齿端部磁导中的径向磁导；L
Tr
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的厚度；μ
Tr
为电机转子的磁导率；h
Tr
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的高；w
Tr,2
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的上底；w
Tr,1
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的下底；L
Tr
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单元的厚度；μ
Tr
'为定子齿端部的磁导率；h
Tr
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单元的高；w
Tr,2
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机动态磁网络建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立电机的有限元模型，并根据电机的有限元模型进行仿真，得到定子磁通密度分布图和转子磁通密度分布图；S2、根据转子磁通密度分布图，采用十字形网格单元建立电机转子磁路，得到电机转子磁路；S3、根据定子磁通密度分布图，采用集中参数法分别建立电机定子齿部磁路、电机定子轭部磁路和电机定子槽漏磁路，以及采用十字网格单元建立电机定子齿端部磁路；S4、根据电机转子磁路、电机定子齿部磁路、电机定子轭部磁路、电机定子槽漏磁路和电机定子齿端部磁路，分别计算电机转子磁导、定子齿部磁导、定子轭部磁导、定子槽漏磁导和定子齿端部磁导；S5、根据电机的有限元模型，对电机转子和电机定子之间的气隙区域，利用十字形网格单元进行划分，得到气隙磁路；S6、根据气隙磁路，进行电机运动过程的气隙建模，得到气隙建模结果；S7、根据电机转子磁导、定子齿部磁导、定子轭部磁导、定子槽漏磁导、定子齿端部磁导和气隙建模结果，对电机磁网络的节点进行分析，利用高斯消元法，得到电机磁网络节点代数方程组，并根据电机磁网络节点代数方程组，得到磁网络模型，完成电机磁网络建模。2.根据权利要求1所述电机动态磁网络建模方法，其特征在于，所述步骤S2中十字形网格单元是由两个径向磁导和两个切向磁导十字形连接到一点组成的一个网格单元。3.根据权利要求1所述电机动态磁网络建模方法，其特征在于，所述步骤S4中电机转子磁导、定子齿端部磁导有三种情况：第一种情况为：电机转子磁路、定子齿端部磁路中的十字形网格单元为长方体，则电机转子磁导和定子齿端部磁导分别为：转子磁导和定子齿端部磁导分别为：其中，G
Re_1
为十字形网格单元为长方体时的电机转子磁导，表示长方体十字形网格单元中的径向磁导或切向磁导；G
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为十字形网格单元为长方体时的定子齿端部磁导，表示长方体十字形网格单元中的径向磁导或切向磁导；w
Re
为电机转子磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径的长度；μ
Re
为电机转子的磁导率；h
Re
为电机转子磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的宽；l
Re
为电机转子磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的长；w
Re
'为定子齿端部磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径的长度；μ
Re
'为定子齿端部的磁导率；h
Re
'为定子齿端部磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的宽；l
Re
'为定子齿端部磁路中长方体十字形网格单元的磁通路径截面的长；第二种情况为：电机转子磁路、定子齿端部磁路中的十字形网格单元为梯形体，则电机转子磁导和定子齿端部磁导分别为：
其中，G
Tr,t_1
为十字形网格单元为梯形体时，电机转子磁导中的切向磁导；G
Tr,t_2
为十字形网格单元为梯形体时，定子齿端部磁导中的切向磁导；G
Tr,r_1
为十字形网格单元为梯形体时，电机转子磁导中的径向磁导；G
Tr,r_2
为十字形网格单元为梯形体时，定子齿端部磁导中的径向磁导；L
Tr
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的厚度；μ
Tr
为电机转子的磁导率；h
Tr
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的高；w
Tr,2
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的上底；w
Tr,1
为电机转子磁路中梯形体十字形网格单元的下底；L
Tr
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单元的厚度；μ
Tr
'为定子齿端部的磁导率；h
Tr
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单元的高；w
Tr,2
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单元的上底；w
Tr,1
'为定子齿端部磁路中梯形体十字形网格单元的下底；ln为以自然常数为底的对数函数；(
·
)
‑1为矩阵的逆；第三种情况为：电机转子磁路、定子齿端部磁路中的十字形网格单元为半圆柱体，则电机转子磁导和定子齿端部磁导分别为：G
Se,r_1
＝πL
Se
*μ
Se
G
Se,r_2
＝πL
Se
'*μ
Se
'其中，G
Se,t_1
为十字形网格单元为半圆柱体时，电机转子磁导中的切向磁导；G
Se,t_2
为十字形网格单元为半圆柱体时，定子齿端部磁导中的切向磁导；G
Se,r_1
为十字形网格单元为半圆柱体时，电机转子磁导中的径向磁导；G
Se,r_2
为十字形网格单元为半圆柱体时，定子齿端部磁导中的径向磁导；r为电机转子磁路中半圆柱体十字形网格单元的半径；μ
Se
为电机转子的磁导率；L
Se
为电机转子磁路...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛帅帅，晏敬鹏，杨曜泽，张志刚，石晓辉，王欢，祁文杰，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：