[發明專利]基于等效磁路法的永磁球形電機齒槽轉矩分析方法

在審

• 申請號: 201911097266.1
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN110955960A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 李斌;計鵬麗;李桂丹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種基于等效磁路法的永磁球形電機齒槽轉矩分析方法，包括下列步驟：

第一步：計算單根磁通管產生的氣隙磁密：根據單極多齒永磁球形電機結構，采用離散化數值分析法建立永磁球形電機齒槽轉矩模型，不考慮定子繞組，選取永磁體作為永磁球形電機的唯一磁動勢源，將磁極按照球坐標進行離散劃分，按照經度θ方向將磁極所占球坐標夾角θ1分為N_i份，按照緯度方向將2π分為N_j份，計算各根磁通管初始球坐標為：

其中r_r為磁極半徑，R_r為轉子磁極外徑，為磁通管初始球坐標，(x₀,y₀,z₀)為磁通管初始直角坐標，下標i，j為磁通管標號，N⁺表示正整數，設定永磁體上磁力線分布均勻，根據磁通管流入位置不同，將其分為四種情況：第一種為磁通管流入定子鐵齒側邊，此時磁通管產生側邊力；第二種為磁通管流入定子軛部，此時磁通管不產生側邊力；第三種為磁通管流入定子齒底部，此時磁通管不產生側邊力；第四種為磁通管流入轉子球，此時磁通管不產生側邊力；由以上四種情況求得不同位置磁通管的路徑長度，在此基礎上求得氣隙磁密B為其中μ為氣隙磁導率，w為氣隙中磁通路徑長度，H為磁場強度，l_pm為磁極高度；

第二步：計算磁通管對定子齒產生的齒槽轉矩：由于磁通管流入定子鐵齒側邊才產生側邊力及齒槽轉矩，計算該種情況下的齒槽轉矩，首先由側邊力法計算單根磁通管產生的側邊力F為：其中△S為磁通管射出磁極球面的微元面積；

其次根據磁通管流入定子齒側邊的位置求得該根磁通管產生齒槽轉矩的力臂R：其中R_s表示定子齒內徑，r_s為定子圓柱體半徑，t為磁通管出射點與入射點在定子齒底部球面上的投影長度；

最后求得磁通管作用在定子齒上產生的齒槽轉矩T＝F×R，將其沿直角坐標系分解得到轉矩分量分別為：

其中Fx、Fy、Fz分別為側邊力在直角坐標系下的分量，Rx、Ry、Rz分別為力臂在直角坐標系下的分量，磁通管入射點球坐標為磁通管出射點球坐標為定子齒球坐標為∠AOB為磁通管出射線與定子齒中心線間的夾角；

第三步：單一磁極對定子齒產生的齒槽轉矩：由磁通管球坐標計算出磁通管產生的齒槽轉矩，將其進行矢量疊加，得到單一磁極定子齒產生的齒槽轉矩；

第四步：所有磁極對定子齒產生的齒槽轉矩：根據永磁球形電機中各個磁極初始位置計算各個磁極對定子齒產生的齒槽轉矩，再將其進行矢量疊加得到整個定子結構受到的齒槽轉矩：

其中，T_ck為第k個磁極對定子齒的齒槽轉矩，T_cog為轉子整體產生的齒槽轉矩,n為轉子磁極個數，用歐拉旋轉變化表達球形電機轉子旋轉變化，轉子磁極位置隨之變化，求得球形電機轉子位于任意位置時的齒槽轉矩。