[發明專利]一種分數槽四層繞組永磁電機永磁體渦流損耗計算方法

有效

• 申請號: 202010815556.1
• 申請日: 2020-08-13
• 公開（公告）號: CN112100814B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 陳湞斐;邢寧;馬宏忠;劉寶穩;朱碩;李家玉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐瑩

本發明公開了一種分數槽四層繞組永磁電機永磁體渦流損耗計算方法，包括：將電機區域分為永磁體區域、氣隙區域、定子槽口區域、槽身上層繞組及下層繞組區域；確定槽身上、下層繞組區域包含的兩層繞組的電流密度函數，分別展開為傅里葉級數表達式；建立五個區域內的矢量磁位方程；施加各區域交界面的邊界條件，確定五個區域的矢量磁位方程，獲得永磁電機電樞反應磁場分布表達式；建立永磁體渦流損耗的解析模型，計算獲得永磁電機總的渦流損耗和電樞反應場諧波造成的渦流損耗。本方法不僅能夠準確計算出總的永磁體渦流損耗，而且能夠計算電樞反應場各次諧波分別產生的渦流損耗大小，為電機電樞繞組優化設計和性能分析提供了一種快捷且準確的研究手段。

技術領域

本發明涉及一種分數槽四層繞組永磁電機永磁體渦流損耗計算方法，屬于永磁電機的技術領域。

背景技術

分數槽永磁電機具有繞組端部短、槽利用率高，齒槽轉矩低，容錯能力強等優點，近些年來受到了越來越多的關注。然而，該電機的電樞磁場中含有高幅值的低次諧波分量。當電機高速運行時，諧波磁場會在永磁體中感應出較大的渦流損耗，使得電機的轉子發熱、效率降低，嚴重時甚至會導致永磁體退磁，損壞電機。

要抑制分數槽永磁電機中的永磁體渦流損耗，關鍵是要降低其電樞磁場中的低次諧波分量。經國內外學者研究發現，通過對電機電樞繞組結構進行優化，采用四層繞組結構可以抑制電樞磁場中的低次諧波磁場幅值，降低永磁體渦流損耗，提高電機效率。

盡管通過有限元仿真軟件可以證明采用四層繞組能夠抑制分數槽永磁電機的電樞磁場諧波、降低永磁體渦流損耗，但由于該電機結構較復雜，采用有限元建模和仿真花費時間長，且其仿真結果無法直接反映磁場諧波與渦流損耗之間的關系，因此在工程應用中往往受到一定限制。相比于有限元法，解析方法的優點是計算快捷且能直接反映電機參數與計算結果之間的映射關系，因此也成為一種主流的分析電機性能的方法，子域模型法便是其中之一。該方法不僅可以充分考慮定子槽間的相互耦合情況，而且巧妙利用矩陣計算有效地將定子齒槽與轉子磁極對磁場的作用反映出來，準確度較高，因而受到了廣大電機研究人員的關注。然而基于子域模型法的永磁體渦流損耗建模較為復雜，現階段僅有針對雙層繞組結構永磁電機模型，還未涉及到四層繞組結構永磁電機。由于缺少有效的磁場解析計算方法，導致研究人員在對采用分數槽四層繞組結構的表貼式永磁電機進行特性分析及優化設計時受到了較大限制。

發明內容

為了克服四層繞組結構復雜，難以建立解析模型的問題，本發明提供了一種分數槽四層繞組永磁電機永磁體渦流損耗計算方法，拓展了子域模型的應用范圍，獲得了分數槽四層繞組表貼式永磁電機電樞反應場的分布和永磁體渦流損耗。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種分數槽四層繞組永磁電機永磁體渦流損耗計算方法，包括以下步驟：

步驟(1)、將電機區域分為永磁體區域、氣隙區域、定子槽口區域、槽身上層繞組區域及槽身下層繞組區域五個部分；

步驟(2)、確定槽身上層繞組區域和槽身下層繞組區域包含的兩層繞組的電流密度函數；

步驟(3)、將槽身上層繞組區域和下層繞組區域的電流密度函數分別展開為傅里葉級數表達式；

步驟(4)、在極坐標系下，建立五個區域內的矢量磁位方程；

步驟(5)、施加永磁體磁極區域與氣隙區域、氣隙區域與定子槽口區域、定子槽口區域與槽身上層繞組區域、槽身上層繞組區域與下層繞組區域交界面的邊界條件；

步驟(6)、根據所施加的邊界條件確定五個區域的矢量磁位方程，獲得永磁電機電樞反應磁場分布表達式；

步驟(7)、由永磁體區域的矢量磁位方程建立永磁體渦流損耗的解析模型，計算獲得永磁電機總的渦流損耗和電樞反應場諧波造成的渦流損耗。