[發明專利]一種考慮飽和的開關磁阻電機磁場解析計算方法

有效

• 申請號: 201810563761.6
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108875168B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 左曙光;胡勝龍;吳雙龍;鄧文哲;鄭玉平;劉明田
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

本發明涉及一種考慮飽和的開關磁阻電機磁場解析計算方法，包括以下步驟：1)在極坐標系下，分別建立定子齒槽域、轉子齒槽域和氣隙域的磁矢勢方程；2)根據磁場邊界條件、磁矢勢與磁通密度的關系式，獲取氣隙域線性磁通密度解析模型；3)在笛卡爾坐標系下，結合鐵磁材料的磁導率—磁通密度特性曲線，獲取考慮飽和的徑向磁通密度解析模型；4)根據飽和徑向磁通密度求取過程中的動態磁導率，進一步獲取考慮飽和的切向磁通密度解析計算模型。與現有技術相比，本發明實現了開關磁阻電機氣隙磁場的快速準確計算，為高性能的電機設計提供理論依據。

技術領域

本發明涉及一種開關磁阻電機磁場計算方法，尤其是涉及一種考慮飽和的開關磁阻電機磁場解析計算方法。

背景技術

開關磁阻電機具有魯棒性強、結構簡單、耐高溫、成本低等優點，因此被廣泛地應用到航空航天、電動車、礦山等領域中。但開關磁阻電機相對永磁同步電機和感應電機有較大的轉矩波動和噪聲，阻礙了其在高性能驅動系統中的進一步推廣，所以轉矩波動與噪聲是設計開關磁阻電機的重點考慮問題。然而，氣隙磁場的準確計算是電機轉矩波動與噪聲優化設計的基礎與前提。開關磁阻電機的磁場計算方法主要包括有限元法和解析法，有限元法雖然計算精度高，但運算時間長，消耗計算機資源多；而解析法計算速度快，占用計算機資源少，有利于電機的性能優化設計，成為電機理論分析的重要手段。

有關電機氣隙磁場解析計算的方法主要有基于對拉普拉斯方程與泊松方程求解的解析法和基于繞組函數理論的解析法兩大類。基于對拉普拉斯方程與泊松方程求解的解析法僅能獲取線性磁通密度，而開關磁阻電機的雙凸極結構導致的磁場局部飽和問題嚴重，此方法難以考慮磁場的非線性；基于繞組函數理論的解析法則僅能獲取徑向磁通密度，不能考慮切向磁通密度，而開關磁阻電機相對其他電機的槽口寬度較大，導致嚴重的齒側勵磁，從而磁通密度有較大的切向分量，故切向磁通密度不能忽略。目前，由于缺少有效的開關磁阻電機磁場解析計算方法，導致科研人員在對開關磁阻電機的轉矩波動與噪聲優化設計時舉步維艱。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種考慮飽和的開關磁阻電機磁場解析計算方法，快速準確地求解不同飽和程度下的開關磁阻電機氣隙磁通密度。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種考慮飽和的開關磁阻電機磁場解析計算方法，包括以下步驟：

1)在極坐標系下，分別建立定子齒槽域、轉子齒槽域和氣隙域的磁矢勢方程；

2)根據磁場邊界條件、磁矢勢與磁通密度的關系式，獲取氣隙域線性磁通密度解析模型；

3)在笛卡爾坐標系下，結合鐵磁材料的磁導率—磁通密度特性曲線，獲取考慮飽和的徑向磁通密度解析模型；

4)根據飽和徑向磁通密度求取過程中的動態磁導率，進一步獲取考慮飽和的切向磁通密度解析計算模型。

所述的步驟1)包括以下步驟：

11)建立定子齒槽域的磁矢勢方程：

其中，N為最高諧波階數，為定子齒槽域的切向磁導率系數矩陣，為定子齒槽域的徑向磁導率系數矩陣，λ₃為V₃的特征值，W₃為V₃的特征向量，I為單位對角矩陣，R₄為定子槽外徑，向量a₃和向量b₃由式(18)求取，r為氣隙半徑， R_S為定子內徑，θ為空間圓周角，j表示虛數單位；

12)建立轉子齒槽域的磁矢勢方程：