【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁场计算领域，尤其涉及一种基于磁通源、磁阻和磁感三元件的永磁电机等效磁网络模型(teemn)。
技术介绍
1、为了满足快速发展的工业、交通、航空航天等领域对更高性能电机系统的迫切需求，磁场调制电机、多机械端口电机、超导电机等新原理、新拓扑、新材料的电机层出不穷，而应用于异步电机、永磁同步电机的常规设计方法已难以满足新型电机的设计目标，适用于新型电机的有效快速设计分析方法面临着巨大挑战。目前常用的电机磁场分析方法主要包括：有限元法(fem)、解析法(analytical method)、等效磁网络法(emn)等。有限元法求解精度高，计算结果可视化程度也高，但求解时间长，占用计算机资源较多，因此多用于电机后期分析与优化。解析法采用数学模型来表征电机的工作原理，求解过程直观，计算速度快，但难以考虑铁心饱和对电机性能的影响，因此其结果精度仅具有参考性。等效磁网络法效仿电路原理，将抽象复杂的电磁作用关系转化为简单的磁路连接关系。该方法计算精度较高、且求解速度快于有限元法。但磁网络的结构并非固定的，而是会随着转子位置的变化而改变，导致磁网络的建模工作量巨大。因此，本领域需要一种方法简单、原理清晰、工作量小、计算速度快以及计算精度高的电机设计分析方法，以满足电机设计初期阶段的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种方法简单、计算快速、结果准确的电机设计分析方法，主要包括引入等效磁通源简化电机气隙与定子齿之间的磁网络模型，减少建模工作量；引入磁感元件计及铁磁材料的涡流
2、为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种电机等效磁网络模型，包括：
3、对电机结构划分不同的建模区域，所述建模区域包括定子轭和定子齿区域、定子槽区域、定子齿顶和定子槽口区域、气隙区域、永磁体与相邻永磁体间的空气间隙区域、转子铁心区域；对不同的建模区域设计对应的等效磁网络，将各建模区域的所述等效磁网络连接，建立整个电机的等效磁网络模型。
4、进一步的，将定子轭和定子齿区域划分为多个相同的区域，每个区域包括一个定子齿、以及与所述定子齿相连的定子轭；在每个t形区域中，定子齿等效为一个磁阻与一个磁感串联，定子轭等效为磁阻磁感磁感磁阻依次串联，磁感连接在磁感和磁感之间，形成第一t形磁阻网格；定子轭和定子齿区域中划分的每个区域等效为一个第一t形磁阻网格，ns个第一t形磁阻网格串连形成定子轭和定子齿区域的等效磁网络，ns表示定子齿的个数。
5、根据铁耗与磁感之间的关系，计算“磁感”元件的数值，用于表征涡流效应和磁滞效应对磁路磁通的影响，能够实现磁密和铁耗同时计算，打破传统emn模型中先计算磁密再计算铁耗的局限。
6、铁损p与磁感间的映射关系，如下：
7、
8、式中ω表示磁通的电角频率，φ表示磁通有效值。因此，已知某部分铁心的损耗p即可反推出该部分对应的磁感
9、
10、反之，由磁感及磁通也可求出该部分的铁耗。
11、进一步的，每个定子槽区域等效磁网络为一个磁阻定子槽区域等效磁网络连接在两个相邻的定子轭和定子齿区域等效磁网络之间；
12、进一步的，所述定子齿顶和定子槽口区域、永磁体和相邻永磁体间的气隙区域的等效磁网络包括多层多排磁阻网格，铺满定子和永磁体所围圆周；磁阻网格的层数和排数可根据实际计算需要设计；例如：每个定子齿顶包含四层五排磁阻网格，每个定子槽口包含四层十排磁阻网格，永磁体和相邻永磁体间的气隙区域等效一层第二t形磁阻网格；磁阻网格为十字形磁阻网格和/或第二t形磁阻网格；所述十字形磁阻网格包括两个沿径向排列的磁阻和两个沿周向排列的磁阻，四个磁阻呈十字形连接；所述第二t形磁阻网格包括两个沿周向排列的磁阻和一个沿径向排列的磁阻，三个磁阻呈t字形连接；
13、所述十字形磁阻网格和第二t形磁阻网格中的每个磁阻均可由串联的一个磁阻和一个磁感替代；即，所述十字形磁阻网格包括四组磁阻和磁感，其中，两组沿径向排列，另两组沿周向排列，且呈十字形对称连接；每组中的磁阻和磁感串联；所述第二t形磁阻网格包括三组磁阻和磁感，一组沿径向排列和两组沿周向排列，三组呈t字形连接，每组中的磁阻和磁感串联。
14、进一步的，气隙区域包括多个并排的理想等效磁通源φ。
15、进一步的，转子铁心区域等效磁网络为多个串连的磁阻网格，所述磁阻网格形成一个圆周；所述磁阻网格包括一个磁阻和一个磁感
16、进一步的，永磁体和相邻永磁体间的气隙区域磁阻网格数量、转子铁心区域中磁阻网格数量分别与气隙区域中等效磁通源φ的数量相等。
17、基于本专利技术的电机等效磁网络模型，还提出了一种计算电机磁场的方法，包括如下步骤：
18、步骤1，通过解析法求解电机空载和负载气隙径向磁通密度；
19、步骤2，根据所述电机等效磁网络模型，计算电机各区域等效磁网络中的磁阻和磁感，并根据所述磁阻和磁感列写磁导矩阵；
20、步骤3，引入电机等效磁阻抗饱和系数，并根据电机空载和负载气隙径向磁通密度求解电机等效磁网络中的磁通矩阵；根据节点磁势法，通过非线性迭代算法求解电机各磁阻网格的磁通密度。
21、进一步的，步骤2中根据所述电机等效磁网络模型，列写电机的磁导矩阵以及磁通矩阵，其中各磁阻网格中涉及的磁阻由磁阻公式计算，涉及的磁感由前述的铁损p与磁感间的映射关系计算。在定子轭和定子齿区域的第一t形等效磁阻网格中，磁阻的表达形式如下：
22、
23、
24、其中，μ0表示真空磁导率，μr(b)表示该磁阻网格的磁密为b时的相对磁导率，lstk表示电机的轴向长度，wy表示定子轭的宽度，wt表示定子齿的宽度，ly表示第一t形磁阻网格中与串联网格所在区域沿周向的长度；lt表示减去定子齿顶区域后剩余的定子齿长度；
25、定子槽区域等效磁网格为一个磁阻计算公式为：
26、
27、其中，ws表示定子槽宽度；
28、定子齿顶和定子槽口区域等效磁网络中，位于定子齿顶的沿径向排列的磁阻沿周向排列的磁阻以及位于定子槽口的沿径向排列的磁阻rsr、沿周向排列的磁阻分别表示为：
29、
30、
31、
32、
33、其中，wtt表示十字形磁阻网格在定子齿顶区域对应的径向长度，wtr表示十字形磁阻网格在定子齿顶区域对应的周向长度，wst表示十字形磁阻网格在定子槽口区域对应的径向长度，wsr表示十字形磁阻网格在定子槽口区域对应的周向长度；
34、在永磁体和相邻永磁体间的气隙区域等效磁网络中，沿径向排列的磁阻沿周向排列的磁阻分别表示为：
35、
36、
37、其中，wmt表示永磁体和相邻永磁体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电机等效磁网络模型，其特征在于，包括：对电机结构划分不同的建模区域，所述建模区域包括定子轭和定子齿区域、定子槽区域、定子齿顶和定子槽口区域、气隙区域、永磁体与相邻永磁体间的空气间隙区域、转子铁心区域；
2.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，将定子轭和定子齿区域划分为多个相同的区域，每个区域包括一个定子齿、以及与所述定子齿相连的定子轭；
3.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，每个定子槽区域等效磁网络为一个磁阻定子槽区域等效磁网络连接在两个相邻的定子轭和定子齿区域等效磁网络之间。
4.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，所述定子齿顶和定子槽口区域、永磁体与相邻永磁体间的空气间隙区域的等效磁网络包括多层多排磁阻网格，铺满定子和永磁体所围圆周；
5.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，气隙区域包括多个并排的理想等效磁通源Φ。
6.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，转子铁心区域等效磁网络为多个串连的磁阻网格，所述磁阻网格形成一个
7.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，永磁体和相邻永磁体间的气隙区域磁阻网格数量、转子铁心区域中磁阻网格数量分别与气隙区域中等效磁通源Φ的数量相等。
8.一种基于电机等效磁网络模型计算磁场的方法，其特征在于，所述电机等效磁网络模型是如权利要求1-7所述电机等效磁网络模型；
9.根据权利要求8所述一种基于电机等效磁网络模型计算磁场的方法，其特征在于，步骤3，引入电机等效磁阻抗饱和系数，并根据电机空载和负载气隙径向磁通密度求解电机等效磁网络中的磁通矩阵；具体为：考虑铁心饱和后，每个磁通源Φ的大小表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种电机等效磁网络模型，其特征在于，包括：对电机结构划分不同的建模区域，所述建模区域包括定子轭和定子齿区域、定子槽区域、定子齿顶和定子槽口区域、气隙区域、永磁体与相邻永磁体间的空气间隙区域、转子铁心区域；
2.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，将定子轭和定子齿区域划分为多个相同的区域，每个区域包括一个定子齿、以及与所述定子齿相连的定子轭；
3.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，每个定子槽区域等效磁网络为一个磁阻定子槽区域等效磁网络连接在两个相邻的定子轭和定子齿区域等效磁网络之间。
4.根据权利要求1所述一种电机等效磁网络模型，其特征在于，所述定子齿顶和定子槽口区域、永磁体与相邻永磁体间的空气间隙区域的等效磁网络包括多层多排磁阻网格，铺满定子和永磁体所围圆周；
5.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱新凯，齐广宇，刘雅斌，程明，秦伟，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：
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