[發明專利]基于磁鏈積分法的兩極永磁實心轉子電機電感設計方法

在審

• 申請號: 202011222234.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112395749A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 王曉遠;蔚盛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02K15/03
• 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

本發明提供一種基于磁鏈積分法的兩極永磁實心轉子電機電感設計方法，包括以下步驟：(1)確定電樞磁動勢分布函數；(2)確定等效氣隙長度函數和磁導分布函數；(3)計算每一個微元交鏈的磁鏈；(4)在定子鐵心內徑范圍內對磁鏈進行積分，計算電機每相繞組交鏈的磁鏈，并利用磁鏈和電樞電流幅值的比值的方法得到電感。

技術領域

本發明屬于高速電機設計領域，具體涉及針對兩極永磁實心轉子高速電機電感設計方法。

背景技術

高速電機是一種無多級變速直驅式電機，相對于傳統的多級變速驅動機械結構，具有傳動效率高、整機結構簡單、功率密度高的特點，我國是一個能源消耗和工業制造大國，在能量轉換和傳遞中存在能量的消耗和浪費，若將傳統工業中需要機械部件高速運行的場合利用進行高速電機替代，對能源節約與綠色生產均有重要意義。兩極永磁實心轉子是高速電機特有的一種轉子結構型式，它對電流諧波抑制效果和動態性能的要求很大程度上取決于電感設計的準確性，是電機設計人員密切關心的參數。

傳統的電機電感設計共有經驗系數法和有限元分析后處理法兩種。由于兩極實心永磁轉子中沒有軸，位于轉子不同位置處的等效氣隙長度不同，傳統經驗系數法中涉及到的氣隙長度在這類電機中不適用；若利用有限元分析后處理計算，通常需要提前對定子和繞組進行有限元建模、剖分、求解并依賴于計算機后處理計算電感，會消耗較多計算機硬件資源和時間，且計算結果只有具體數值不具備普適性。

基于上述原因，總結適用于永磁實心轉子高速電機電感設計方法，對提升電機性能具有極高的工程價值和切實的工程意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種通用性強、準確率高、能夠快速設計兩極永磁實心轉子高速電機電感的方法，為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種基于磁鏈積分法的兩極永磁實心轉子電機電感設計方法，包括以下步驟：

(1)確定電樞磁動勢分布函數

對于兩極永磁實心轉子電機，其極對數p＝1，電角度與機械角度相同，在定子繞組通入對稱三相電流時，電樞磁動勢分布函數為：

式中，p為電機極對數，N為一相串聯匝數，I為電樞電流有效值，k_dp為一相繞組系數，θ為沿著電機周向展開的機械角度。

(2)確定等效氣隙長度函數和磁導分布函數

不同位置處等效氣隙長度為：

δ(θ)＝R sin(θ)

式中，R表示定子鐵心內表面半徑，單位軸向長度上的磁導分布函數為：

式中，μ₀為真空磁導率；

(3)計算每一個微元交鏈的磁鏈：

電樞磁動勢和單位軸向長度上的磁導均為θ的函數，在不計定子鐵心磁壓降時，二者做乘法得到磁場在空間中的分布函數，每個微元處的有效交鏈匝數為Nk_dpl_ef，并考慮微小的距離增量dx，每個微元交鏈的磁鏈為：

dψ_m1＝Nk_dpl_efF(θ)Λ(θ)dx

式中，l_ef為電機軸向長度；

(4)在定子鐵心內徑范圍內對磁鏈進行積分，計算電機每相繞組交鏈的磁鏈，并利用磁鏈和電樞電流幅值的比值的方法得到電感：

本發明應用于永磁實心轉子高速電機電感的設計，具有以下優勢：