[發明專利]一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法

有效

• 申請號: 201810263411.8
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108595772B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 趙文祥;曹東輝;劉童
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，利用有限元軟件劃分電機復雜磁場區域與規律磁場區域；

步驟2，建立電機復雜磁場區域的菱形小網格剖分；

步驟3，建立電機規律磁場區域的磁路磁導等效；

步驟4，完善兩類區域邊界處磁導節點連接關系，構建完整2D磁路剖分模型，依次建立磁導求解矩陣方程；

步驟5，構建磁導率收斂因子與電機齒部磁密最大差值的關系式；

步驟6，求解磁導矩陣方程，利用迭代算法實現矩陣的快速求解得到通過各磁導節點的磁通量和磁位，進而計算各磁導的磁通密度及磁導率；

步驟7，根據步驟6中求解得的磁路參數，依照電機電磁計算約束，可計算電機各相磁鏈、繞組反電動勢等電磁參數；

所述定轉子雙永磁游標電機為12槽/28極的三相電機，分為定子、氣隙、轉子和轉軸四部分；定子中包含定子軛部、定子齒部、定子槽、電樞繞組和極靴處永磁陣列，電樞槽形為平底槽，電樞繞組采用集中式繞制方式，跨距為4個定子槽；定子永磁體材料為NdFe35,在定子每個極靴處有2個槽口，各裝有一個Halbach永磁陣列，每個Halbach永磁陣列由中間徑向沖磁的主永磁體和兩側切向沖磁的副永磁體構成；轉子為圓筒狀，其表面上開槽安裝表嵌永磁體，永磁體材料為鐵氧體Y30，表嵌永磁體橫截面為梯形，均勻分布在轉子圓周方向；定子鐵芯和轉子鐵芯的材料均為硅鋼片DW540_50；氣隙介于定子和轉子之間，氣隙厚度為0.5mm；電機轉軸由不導磁材料制成，為實心圓柱狀，并與轉子同軸連接。

2.根據權利要求1所述的一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步驟1中，根據有限元軟件的仿真結果，電機復雜磁場分布區域主要集中于定轉子雙邊永磁體的一段范圍內，包括氣隙、定子極靴處及轉子齒部區域；電機規律磁場分布區域包括定子軛部和齒部、轉子軛部區域，由于兩側永磁體充磁方向均已固定，永磁體內部磁場分布也為規律分布。

3.根據權利要求1所述的一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，對復雜磁場分布區域剖分的具體過程為：按照實際電機設計尺寸、考慮極靴間氣隙處的漏磁，對定子極靴包括極靴間氣隙、定轉子間氣隙、轉子齒部采用不同層數網格剖分的方式以獲得合適的剖分模型，并依據剖分結果確立每個網格中的磁導連接關系。

4.根據權利要求1所述的一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步驟3的具體過程為：對定子軛部和齒部、轉子軛部的磁導模型建模采用傳統方式，將每一定子齒、齒間的定子軛部、轉子軛部和各永磁體塊，分別視為一個整體磁導，并按照磁場分布規律，依次連接各區域內磁導節點。

5.根據權利要求1所述的一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步驟4的具體過程為：極靴處Halbach永磁陣列中主永磁體的等效磁導分別與兩側副永磁體磁導、上側極靴處和下側氣隙處磁導相連接，副永磁體磁導與轉子永磁體磁導均與相鄰剖分網格磁導對應相連；定子和氣隙交界處剖分區域的磁導按照數量關系對應連接；轉子齒部磁導與氣隙磁導的連接關系需要在電機轉動過程中不斷更新。

6.根據權利要求1所述的一種定轉子雙永磁游標電機的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步驟5中，求解時對于鐵芯磁導的磁導率進行修正，其迭代公式為：μ^(k)＝k₁×μ^(k-1)+(1-k₁)×μ^(k)，其中k₁滿足0<k₁<1，而由于磁導率的迭代計算會產生齒部磁密的差值△B＝max{B_i^(k)-B_i-1^(k)},其中i為電機定子齒數，為12，k₁的取值根據△B的計算值改變而改變，k₁＝k₂×△B，k₂取0.008。