【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁电机领域，具体涉及一种永磁电机的稳态温度分布计算方法。
技术介绍
1、永磁电机具有效率高、功率密度高和调速范围宽等优点，受到了电机研究人员的广泛关注，广泛应用于工业和家用电器中。为了延长永磁电机的寿命，避免绕组和永磁体因高温而损坏绝缘或退磁，主要通过增加额外的冷却方式来耗散损耗或通过优化电磁设计来减少损耗。因此，准确了解电机各部分功率损耗产生的温度和热流分布非常重要。
2、热分析的主要方法包括有限元法、计算流体动力学和集总参数热网络法。集总参数热网络法具有求解速度快的优点，但是不能考虑温度场的分布特性，计算精度主要取决于传热路径的建模，这很大程度上取决于开发人员的经验。有限元法可以对电机的不规则几何结构进行建模，可以考虑温度场的分布特性，并且易于实现与其他物理场的耦合分析。然而，有限元法只能用于模拟固体部件中的传导传热，计算精度取决于边界条件的精度。计算流体动力学计算精度高，但是非常耗时。温度场解析计算方法具有物理意义清晰，计算速度快的优点，是电机温度分布水平评估的有效手段。
技术实现思路
1、本专利技术目的：在于提供一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，以快速准确地求解出永磁电机的稳态温度分布特性。
2、为实现以上功能，本专利技术设计一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，执行如下步骤s1-步骤s4，完成永磁电机各区域的稳态温度分布特性计算：
3、步骤s1：针对永磁电机，划分定子轭区域、定子齿槽区域、气隙区域、永磁区域和转子轭区域；
4、步骤s2：针对步骤s1所划分的永磁电机的各区域，分别建立定子轭区域、定子齿槽区域、气隙区域、永磁区域和转子轭区域满足的温度场偏微分方程；
5、步骤s3：基于各区域的温度场偏微分方程，根据边界条件，列写各区域的谐波系数求解矩阵，获得各区域的谐波系数；
6、步骤s4：根据各区域的谐波系数，获得各区域的温度分布特性，绘制永磁电机稳态热分布云图。
7、作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤s2中所述的转子轭区域满足的温度场偏微分方程如下式：
8、
9、其中，n＝[-n…n]t,n为最高空间谐波次数，r1为转子内径，r2为永磁内半径，为转子轭区域的热导率卷积矩阵，p1为转子轭区域的热源密度列向量，nθ＝diag[n]，l1为v1的特征值矩阵，w1为v1的特征向量矩阵，i为单位对角矩阵，r为径向半径，θ为空间位置角，j为虚数单位，a1和b1为转子轭区域的未知谐波系数；
10、所述的永磁区域满足的温度场偏微分方程如下式：
11、
12、其中，为永磁区域的热导率卷积矩阵，r3为转子外径，p2为转子轭区域的热源密度列向量，l2为v2的特征值矩阵，w2为v2的特征向量矩阵，a2和b2为永磁区域的未知谐波系数；
13、所述的气隙区域满足的温度场偏微分方程如下式：
14、
15、其中，为气隙区域的热导率卷积矩阵，r4为定子内径，p3为气隙区域的热源密度列向量，l3为v3的特征值矩阵，w3为v3的特征向量矩阵，a3和b3为气隙区域的未知谐波系数；
16、所述的定子齿槽区域满足的温度场偏微分方程如下式：
17、
18、其中，为定子齿槽区域的热导率卷积矩阵，r5为定子槽底半径，p4为定子齿槽区域的热源密度列向量，l4为v4的特征值矩阵，w4为v4的特征向量矩阵，a4和b4为定子齿槽区域的未知谐波系数；
19、所述的定子轭区域满足的温度场偏微分方程如下式：
20、
21、其中，为定子轭区域的热导率卷积矩阵，r6为定子外半径，p5为定子轭区域的热源密度列向量，l5为v5的特征值矩阵，w5为v5的特征向量矩阵，a5和b5为定子轭区域的未知谐波系数。
22、作为本专利技术的一种优选技术方案：步骤s3的具体步骤如下：
23、步骤s31：建立热流密度q与温度的关系式如下式：
24、
25、其中，λ为热导率，为温度梯度，q为热流密度；
26、步骤s32：建立热流密度的径向分量qr和切向分量qθ的关系式如下式：
27、
28、
29、式中，t为温度，r为径向半径，θ为空间位置角；
30、将热流密度的径向分量qr和切向分量qθ改写成矩阵形式如下式：
31、
32、
33、式中，λc表示各区域的热导率卷积矩阵，t表示各区域的温度，nλ＝diag[n]，n＝[-n…n]t,n为最高空间谐波次数，j为虚数单位；
34、步骤s33：建立两个相邻区域之间的边界条件如下所示：
35、
36、
37、其中，k∈[2,5]；
38、在转子内部和定子外部，热对流引起的边界条件表示如下式：
39、
40、
41、其中，hr和hs分别是转子内部和定子外部的对流传热系数，tint和text是转子内部和定子外部的温度列向量；
42、步骤s34：联立边界条件，获得系数求解矩阵如下式：
43、ex＝y
44、其中：
45、
46、x＝[a1 b1 a2 b2 a3 b3 a4 b4 a5 b5]t
47、y＝[y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 y9 y10]t
48、式中，e为系数矩阵，x为未知谐波系数的列向量，y为边界条件方程中常数值的列向量。
49、作为本专利技术的一种优选技术方案：永磁电机的热源包括定子铁心损耗、转子铁心损耗、永磁体损耗、绕组铜耗。
50、有益效果：相对于现有技术，本专利技术的优点包括：
51、本专利技术设计了一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，适用于任意槽极配合的永磁电机的稳态温度分布的计算，可以应用于永磁电机的设计和优化领域，可可以精确计算出永磁电机各部件的温度分布。
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1.一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，其特征在于，执行如下步骤S1-步骤S4，完成永磁电机各区域的稳态温度分布特性计算：
2.根据权利要求1所述的一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，其特征在于，步骤S2中所述的转子轭区域满足的温度场偏微分方程如下式：
3.根据权利要求1所述的一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，其特征在于，永磁电机的热源包括定子铁心损耗、转子铁心损耗、永磁体损耗、绕组铜耗。
【技术特征摘要】
1.一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，其特征在于，执行如下步骤s1-步骤s4，完成永磁电机各区域的稳态温度分布特性计算：
2.根据权利要求1所述的一种永磁电机的稳态温度分布计算方法，其特征在于，步骤s2中所述的转子轭区域满足的温度场偏微分方程如下式：...
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