[發明專利]一種基于有限元分析的直線永磁電機渦流損耗計算方法

在審

• 申請號: 201910657547.1
• 申請日: 2019-07-19
• 公開（公告）號: CN110516300A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 吳濤;商慧麗;張煜葵;馮哲南
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(武漢)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;H02K41/03
• 代理公司: 42238 武漢知產時代知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄒桂敏<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于有限元分析的直線永磁電機渦流損耗計算方法，在振蕩期間渦流損耗很大且集中在永磁體PM，由于動子速度隨時間變化，因此引入1/4周期內的等分模型計算平均PM渦流損耗；根據終端效應確定永磁電機渦流損耗計算區域；通過將PM塊進行分層處理，得到軸向磁通密度分量下PM塊中的渦流回路和徑向磁通密度分量下PM塊中的渦流回路，分別計算PM徑向渦流損耗和軸向渦流損耗，相加得到PM的渦流損耗，直線電機一個端部所有PM的渦流損耗之和就是1/4周期內的直線電機渦流損耗；本發明提出的渦流損耗計算方法適用于管狀振蕩無槽無鐵芯直線永磁電機，為評估高速和高功率密度直線電機中的渦流損耗提供了有效的方法。

技術領域

本發明涉及直線電機損耗計算分析領域，更具體地說，涉及一種基于有限元分析的直線永磁電機渦流損耗計算方法。

背景技術

在過去的幾十年中，直線永磁(PM)同步電機(LPMSM)已廣泛應用于工業和其他領域，長期以來，LPMSM的渦流損耗因其數量相對較小以及動定子之間的開放結構散熱性能良好而被忽略。然而，在一些特殊的振蕩應用中，特別是高速運行的應用，應該充分考慮渦流損耗。

在振蕩LPMSM中，因為磁路在線圈末端不對稱，所以PM末端磁場會急劇波動。此外，隨著速度的增加，PM渦流損耗受到的影響將變得很大。振蕩LPMSM的渦流損耗計算是必要且有意義的。多年來，旋轉電機中PM的渦流損耗計算一直是一個熱門的研究課題，但直線電機這方面獲得關注很少。目前，已存在對兩相管式永磁電機在不同速度下PM和鐵棒渦流損耗的實驗測量方法，但沒有提供準確的計算方法。最近，時間步進有限元分析(TS-FEA)在許多熱設計中非常流行，但由于對計算資源的要求過高，其應用仍然受到限制。此外，TS-FEA只能處理恒速模型，并且很難應用于諸如振蕩LPMSM的變速模型。

管狀振蕩無槽無鐵芯LPMSM的散熱面積小于扁平型直線電機，因為管狀振蕩LPMSM有封閉的線圈和鐵殼。本發明考慮到管狀振蕩無槽無鐵芯LPMSM磁場分布更加簡單和典型，便于渦流損耗的分析，故采用它作為研究案例。本發明旨在介紹一種用于振蕩LPMSM基于計算高效FEA即CE-FEA的渦流損耗計算方法。考慮到振蕩運動的對稱性，PM渦流損耗的計算只需考慮周期的1/4(正沖程過程)，正沖程過程根據振蕩沖程(18mm)分為18個相等的部分，在線圈經過任何Δxi(1mm)的期間，以線圈進入和離開的平均速度vi計算PM渦流損耗，本發明為評估高速和高功率密度直線電機中的渦流損耗提供了有效的方法。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種計算高效的、基于有限元分析的直線永磁電機渦流損耗計算方法。

本發明提供了一種基于有限元分析的直線永磁電機渦流損耗計算方法，包括以下步驟：

步驟1：根據終端效應確定直線永磁電機渦流損耗的計算區域；

步驟2：將計算區域中PM塊的渦流損耗分為徑向渦流損耗和軸向渦流損耗兩部分計算，且將每個PM塊進行分層處理；

步驟3：根據步驟2的分層結果，通過有限元分析計算第k個PM塊中的磁通密度曲線，通過分析該曲線磁通密度的變化率，進而計算第k個PM塊徑向磁通密度分量Br引起的渦流損耗和軸向磁通密度分量Bx引起的渦流損耗；

步驟4：將通過步驟3計算得到的徑向渦流損耗和軸向渦流損耗相加即是第k個PM塊的渦流損耗。

步驟5：依據振蕩運動的對稱性，按上述第k個PM塊渦流損耗的計算方法計算LPMSM一個端部其余PM塊的渦流損耗，將這一端所有PM塊渦流損耗相加就是1/4振蕩周期中LPMSM的渦流損耗。

進一步地，所述步驟1中，渦流損耗計算區域確定的方法為：LPMSM渦流損耗計算區域為兩個端部的PM塊，且LPMSM兩個端部渦流損耗是相同的。