[發明專利]一種基于虛擬繞組的永磁電機氣隙磁場諧波分離方法

有效

• 申請號: 202110479047.0
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113281567B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 杜懌;胡銳;朱孝勇;肖鳳;張超;徐磊
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01R31/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種基于虛擬繞組的永磁電機氣隙磁場諧波分離方法，采用有限元方法仿真計算出一個電周期內的氣隙磁密，并對其作傅里葉分解，獲得一個電周期內各極對數氣隙磁場諧波分量的幅值，在氣隙內設置一個虛擬繞組，虛擬繞組的跨距與電機的電樞繞組跨距一致，匝數和初始位置任意，計算出一個電周期內由虛擬繞組匝鏈不同極對數氣隙磁場諧波產生的永磁磁鏈，對所述的永磁磁鏈作傅里葉分解，得出由n對極、不同轉速氣隙磁場諧波導致的不同頻率的磁鏈諧波分量的幅值和相位，最后根據公式分離出氣隙中相同極對數不同電速度的氣隙磁場諧波，本發明能獲得復雜氣隙磁密中所有氣隙磁場諧波含量，尤其是分離出具有相同極對數和不同轉速的諧波分量。

技術領域

本發明屬于電工電機領域，涉及一種永磁電機氣隙磁場諧波分離方法，將復雜且難以預測的氣隙磁場諧波定量表示。

背景技術

氣隙磁場調制理論是當今電機電磁領域的研究熱點，該理論將電機抽象為初始磁動勢源、調制器和濾波器三要素的級聯，將對電機輸出特性的分析與設計轉化為對氣隙磁場諧波的分析與優化，從而實現電磁特性與永磁體等尺寸參數之間的解耦。然而，現有研究中關于氣隙磁場諧波的分析大多處于定性分析階段，大量相關研究僅針對極對數。目前，基于等效磁路法能對氣隙磁場進行詳細分析和計算，理論上可以計算出氣隙磁場中所有諧波分量的幅值、相位和轉速，但受齒槽效應、極間漏磁、曲率等因素的影響，該方法存在較大誤差，氣隙磁場諧波仍存在難于預測和計算等問題，進而影響了磁場調制型電機、磁齒輪的分析和設計精度。另一方面，雖然基于有限元方法可以得到比較精確的氣隙磁密，并通過傅里葉分解獲得轉子不同位置時氣隙磁場諧波的極對數、相位和幅值，但由于傅里葉分解方法的局限性，這一方案不能分離出具有相同極對數和不同轉速的諧波分量。因而，如何更精確地對電機氣隙磁場諧波進行分析，獲得氣隙磁場各極對數諧波的幅值、相位和轉速等全面信息，并將其轉化為可以定量分析的數學模型成為氣隙磁場研究領域急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為解決氣隙磁場諧波難以精確計算或無法分離的問題，提出了一種基于虛擬繞組的永磁電機氣隙磁場諧波分離方法，分離出具有相同極對數和不同轉速的諧波分量。

為實現以上目的，本發明采用的技術方案是包括以下步驟：

步驟1)：采用有限元方法仿真計算出一個電周期內的氣隙磁密，并對其作傅里葉分解，獲得一個電周期內各極對數氣隙磁場諧波分量的幅值B_nmaxp和相位θ_np；

步驟2)：在氣隙內設置一個虛擬繞組；

步驟3)：結合磁鏈解析計算公式計算出一個電周期內由虛擬繞組匝鏈不同極對數氣隙磁場諧波產生的永磁磁鏈ψ_n(θ_np)；

步驟4)：對所述的永磁磁鏈ψ_n(θ_np)作傅里葉分解，得出由n對極、不同轉速氣隙磁場諧波導致的不同頻率的磁鏈諧波分量的幅值ψ_jn和相位θ_jn，j為磁鏈諧波階數；

步驟5)：根據式分離出氣隙中相同極對數不同電速度的氣隙磁場諧波，B_jnmax為氣隙磁場諧波幅值，n為極對數，ω_nj為電速率，N_coil為虛擬繞組匝數，r_si和l_a分別為電機定子內徑和軸長，θ為氣隙圓周位置角，t為時間，θ_m1和θ_m2分別是虛擬繞組兩線圈邊的機械位置角度。

進一步地，步驟5)中，當所得的氣隙磁場諧波為相同極對數、相同電速率但旋轉方向相反的兩種氣隙磁場諧波時，將虛擬繞組旋轉任意角度，重復步驟3)-5)分離出該兩種氣隙磁場諧波。

進一步地，步驟2)中，所述的虛擬繞組的跨距與電機的電樞繞組跨距一致，匝數和初始位置任意。

本發明采用上述技術方案的有益效果是：