[發(fā)明專利]一種等效氣隙長(zhǎng)度變化的磁通切換電機(jī)磁場(chǎng)飽和補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110357541.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN112949146B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周揚(yáng)忠;崔征山;周祎豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F17/18
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 陳鼎桂;蔡學(xué)俊

本發(fā)明涉及一種等效氣隙長(zhǎng)度變化的磁通切換電機(jī)磁場(chǎng)飽和補(bǔ)償方法，包括以下步驟：建立定子永磁型磁通切換電機(jī)的解析模型，獲得線性磁路無槽情況下氣隙磁通密度；根據(jù)轉(zhuǎn)子位置角，確定出定子齒、轉(zhuǎn)子齒重疊結(jié)構(gòu)模式及其對(duì)應(yīng)的定子齒、轉(zhuǎn)子齒之間的重疊角，采用有限元法分析電機(jī)鐵芯飽和時(shí)的磁密分布，根據(jù)定、轉(zhuǎn)子的重合角重疊角，估算出定子齒飽和磁阻、轉(zhuǎn)子齒飽和磁阻；將定、轉(zhuǎn)子齒飽和部分的磁阻等效為對(duì)應(yīng)齒前氣隙磁阻的增加，同時(shí)重新構(gòu)建出氣隙長(zhǎng)度等效后的相對(duì)磁導(dǎo)函數(shù)；根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)守恒原則，計(jì)算非線性磁路中補(bǔ)償后的氣隙磁通密度。本發(fā)明可以快速分析電機(jī)的飽和情況下的磁場(chǎng)分布，以解決磁場(chǎng)解析法在分析電機(jī)飽和磁場(chǎng)時(shí)存在的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種等效氣隙長(zhǎng)度變化的磁通切換電機(jī)磁場(chǎng)飽和補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

定子永磁型磁通切換電機(jī)(包括機(jī)械軸承支撐磁通切換電機(jī)和無軸承磁通切換電機(jī))定、轉(zhuǎn)子顯著的雙凸極性特點(diǎn)，使得該種電機(jī)在齒尖處具有聚磁效應(yīng)，可提高永磁材料的利用率。永磁體采用切向充磁方式且放置在定子上，不僅便于永磁體的安裝，而且還有利于永磁體的散熱，降低了永磁退磁的風(fēng)險(xiǎn)。在電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)上，因具有繞組的一致性和互補(bǔ)性，使得電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)波形具有較高的正弦性。

當(dāng)電機(jī)帶重載運(yùn)行時(shí)，為維持電機(jī)的正常運(yùn)行，需要通入更大的繞組電流，由于鐵芯材料B-H曲線具有非線性，當(dāng)電機(jī)鐵芯中的磁密超過膝點(diǎn)時(shí)，B-H磁化曲線不再線性變化，電機(jī)鐵芯會(huì)發(fā)生磁飽和現(xiàn)象。此時(shí)，若繼續(xù)通過增加定子繞組電流則電機(jī)的轉(zhuǎn)矩并不再繼續(xù)增大，相反帶來電機(jī)的效率下降。為準(zhǔn)確分析電機(jī)的磁場(chǎng)特點(diǎn)，必須充分考慮磁場(chǎng)的飽和現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的分析電機(jī)磁飽和問題，主要采用有限元法。在有限元模型中可以通過設(shè)置鐵芯材料的磁化曲線數(shù)值，分析飽和情況下的磁場(chǎng)分布，但有限元法存在計(jì)算耗時(shí)過長(zhǎng)等特點(diǎn)。在工程領(lǐng)域中，通常都是基于大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行類比估計(jì)，依賴一定的經(jīng)驗(yàn)性。而目前電機(jī)磁飽和問題分析的方法十分匱乏。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種等效氣隙長(zhǎng)度變化的磁通切換電機(jī)磁場(chǎng)飽和補(bǔ)償方法，有效提高電機(jī)在傳統(tǒng)線性磁路條件下的計(jì)算精度，拓寬了解析方法分析電機(jī)磁場(chǎng)的應(yīng)用范圍，能夠?qū)﹄姍C(jī)的飽和磁場(chǎng)進(jìn)行分析。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種等效氣隙長(zhǎng)度變化的磁通切換電機(jī)磁場(chǎng)飽和補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

在線性磁路下，采用解析法，建立定子永磁型磁通切換電機(jī)的解析模型，獲得考慮定子雙邊開槽情況下的氣隙磁密B_slot；同時(shí)，選取磁場(chǎng)中的標(biāo)量磁位為求解變量，計(jì)算定、轉(zhuǎn)子雙邊開槽情況下的相對(duì)磁導(dǎo)函數(shù)，并進(jìn)一步獲得線性磁路無槽情況下氣隙磁通密度；

根據(jù)轉(zhuǎn)子位置角θ_r，確定出定子齒、轉(zhuǎn)子齒重疊結(jié)構(gòu)模式1～k及其對(duì)應(yīng)的定子齒、轉(zhuǎn)子齒之間的重疊角γ_i，i＝1～k，采用有限元法分析電機(jī)鐵芯飽和時(shí)的磁密分布，根據(jù)定、轉(zhuǎn)子的重合角重疊角γ_i，估算出定子齒飽和磁阻R_si、轉(zhuǎn)子齒飽和磁阻R_ri；

將定、轉(zhuǎn)子齒飽和部分的磁阻等效為對(duì)應(yīng)齒前氣隙磁阻的增加，同時(shí)重新構(gòu)建出氣隙長(zhǎng)度等效后的相對(duì)磁導(dǎo)函數(shù)；

根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)守恒原則，計(jì)算非線性磁路中補(bǔ)償后的氣隙磁通密度B_{slot_sati}；當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角大于36°時(shí)，計(jì)算下一個(gè)周期的非線性磁路下的氣隙磁通密度分布。

進(jìn)一步的，所述估算出定子齒飽和磁阻R_si、轉(zhuǎn)子齒飽和磁阻R_ri，具體如下：

設(shè)定、轉(zhuǎn)子齒各自的飽和深度均呈線性變化，定子齒飽和深度g_si、轉(zhuǎn)子齒飽和深度g_ri與重疊角γ_i，i＝1～k，具有下列關(guān)系：