[發明專利]一種永磁電機空載氣隙磁場分析方法

在審

• 申請號: 202110529123.4
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113076665A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李斌;劉征;李桂丹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 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

本發明涉及一種永磁電機空載氣隙磁場分析方法，包括下列步驟：基于子域法得到單槽電機的氣隙磁場分布，并將單槽電機模型的磁場解析解依據相位關系疊加，得到永磁電機總磁場的分布；對于電機無槽模型，計算在平面極坐標系下，徑向磁場磁通密度和切向磁場磁通密度；將疊加后的磁場與無槽模型磁場結合，得到永磁電機空載氣隙磁場全局模型，求得電機徑向磁場分布。

技術領域

本發明屬于永磁電機氣隙磁場領域，涉及到用于永磁電機空載氣隙磁場分析的求解方法。

背景技術

永磁電機因為其結構簡單、效率高、轉矩密度大，而在生產生活各方面得到廣泛應用。電機空載磁場的準確計算是預測反電動勢、齒槽轉矩、噪聲振動的前提，也是進行永磁電機優化設計和性能分析工作的基礎。計算永磁電機電磁場，主要應用的方法有有限元法、磁路法和解析法。有限元法適用于復雜結構電機，耗時長；磁路法簡單有效，但精度不高；解析法物理概念清晰，但傳統解析法忽略齒、槽效應，計算結果不準確。目前國內外學者采用子域法計算電機磁場，子域模型是包含所有槽在內的完整電機模型，諧波系數矩陣的維數正比于電機槽數，且諧波系數受各個槽內電流影響，方程求解過程相對復雜，隨著電機極數和槽數的增加，計算時長也增加，不便于電機優化和設計。因此，在應用子域法的基礎上，進行永磁電機磁場方程降階研究，簡化諧波系數求解過程，對磁場解析法以及電機優化設計具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提出一種永磁電機空載氣隙磁場分析方法，結合單槽電機疊加后的磁場與無槽電機磁場，得到永磁電機氣隙磁場，技術方案如下：

一種永磁電機空載氣隙磁場分析方法，包括下列步驟：

1)基于子域法得到單槽電機的氣隙磁場分布，并將單槽電機模型的磁場解析解依

據相位關系疊加，得到永磁電機總磁場的分布：

其中為單槽模型的空載氣隙磁場解析表達式，下角標Ⅲ為氣隙區域Ⅲ，上角標i為第i個槽對應的區域，N_s為電機槽數，θ為極坐標系下切向位置，θ_i為第i個槽所對應的角度。

2)對于電機無槽模型，在平面極坐標系下，徑向磁場磁通密度為：

切向磁場磁通密度為：

其中B_rl為電機徑向磁密，B_θl為電機切向磁密，n為氣隙和永磁體區域磁場的諧波階數，P_r為電機極對數，R_s為定子半徑，R_r為轉子內半徑，R_m為永磁體表面半徑，μ₀為真空磁導率，μ_r為相對磁導率，M_rn為由傅里葉形式表示的永磁體徑向磁場強度的幅值，r是極坐標系下徑向位置。

3)將疊加后的磁場與無槽模型磁場結合，得到永磁電機空載氣隙磁場全局模型，

求得電機徑向磁場分布：

B_r＝B_sup-(N_s-1)B_rl；

其中，B_r為電機徑向磁密，B_sup是單槽電機模型疊加后的總磁密，N_s為電機槽數，B_rl為無槽時電機徑向磁密。

本發明結合磁導函數和子域解析法，提出一種永磁電機空載氣隙磁場分析方法：建立單槽電機的磁導模型，確定單槽磁導模型與電機氣隙磁場的關系；基于子域法，分別得到單槽電機和無槽電機的氣隙磁場分布，并將單槽電機的磁場分布按照相位關系疊加；最后將疊加后的磁場與無槽模型磁場結合，得到永磁電機空載氣隙磁場全局模型。技術效果如下：