[發明專利]一種無刷電勵磁磁場調制電機的高精度場路耦合設計方法

在審

• 申請號: 202210501791.0
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114781227A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 吳中澤;張文韜;樊英;花為;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/367
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 陳天林

本發明公開了電機設計領域的一種無刷電勵磁磁場調制電機的高精度場路耦合設計方法，所述高精度場路耦合設計方法包括以下步驟：步驟一：導出電樞繞組、勵磁繞組磁鏈、電磁轉矩、繞組電感數據；步驟二：構建磁鏈—電流、磁鏈—電磁轉矩插值函數；步驟三：建立以磁鏈矩陣為狀態變量的電機電流、電磁轉矩的數據庫；步驟四：建立其電壓方程模型、磁鏈—電流方程模型、機械運動方程模型；步驟五：建立電機逆變器模型；步驟六：建立離散化電機控制器模型。所述的高精度場路耦合設計方法，可實現電機性能的高精度預測與分析；設計過程中不需要考慮電機的電樞繞組、勵磁繞組電感矩陣，有效的提高了設計方法的穩定性；可實現電機動態性能的快速預測分析。

技術領域

本發明涉及電機設計領域，具體是一種無刷電勵磁磁場調制電機的高精度場路耦合設計方法。

背景技術

過去二十多年來，使用稀土永磁體的永磁電機，因其高轉矩密度、高效率的優勢受到了廣泛的關注。但是，稀土永磁材料有價格昂貴且供應不穩定的缺陷。與永磁電機不同，電勵磁電機使用勵磁繞組產生空載氣隙磁場，取代了永磁電機內部的永磁體，從而克服了永磁電機的一系列固有缺陷。

電勵磁電機可以分為兩種，一種是傳統的轉子繞線式電勵磁電機，其電樞繞組和勵磁繞組分別位于定子和轉子上。轉子繞線式電勵磁電機在發電機和牽引電機等領域都取得了廣泛的應用，但其轉子勵磁需要電刷、滑環或交流勵磁裝置，降低了其可靠性。另一種電勵磁電機是無刷電勵磁磁場調制電機，該種電機的繞組，包括電樞繞組和勵磁繞組，都位于定子上，轉子為凸極結構其槽內沒有填充物，從而實現了定子勵磁無刷運行。

為了精確預測無刷電勵磁磁場調制電機的動態特性，可以使用基于有限元仿真的場路耦合分析方法預測電機繞組電流、轉矩的變化情況。該種方法預測結果精確，但是計算耗時較長，且該方法算力需求量大，無法滿足電機分析設計的時效性要求，限制了其在無刷電勵磁磁場調制電機分析中的應用。為此我們提出一種無刷電勵磁磁場調制電機的高精度場路耦合設計方法用于解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無刷電勵磁磁場調制電機的高精度場路耦合設計方法，以解決上述背景技術中提出的使用基于有限元仿真的場路耦合分析方法預測電機繞組電流、轉矩的變化情況，但是計算耗時較長，且該方法算力需求量大，無法滿足電機分析設計的時效性要求，限制了其在無刷電勵磁磁場調制電機分析中的應用問題，本發明能夠提供無刷電勵磁磁場調制電機與其控制電路的高精度場路耦合分析結果，同時降低耦合設計的計算需求。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種無刷電勵磁磁場調制電機的高精度場路耦合設計方法，所述高精度場路耦合設計方法包括以下步驟：

步驟一：使用有限元仿真遍歷勵磁電流幅值、電樞電流幅值、電樞繞組電流相位角下的無刷電勵磁磁場調制電機性能，導出電樞繞組、勵磁繞組磁鏈、電磁轉矩、繞組電感數據；

步驟二：根據無刷電勵磁磁場調制電機的電樞繞組、勵磁繞組的電流和磁鏈、電磁轉矩的映射關系，構建磁鏈—電流、磁鏈—電磁轉矩插值函數；

步驟三：根據設計的精度需求，建立磁鏈矩陣的樣本點數據集，基于步驟二所構建的磁鏈—電流、磁鏈—電磁轉矩插值函數，建立以磁鏈矩陣為狀態變量的電機電流、電磁轉矩的數據庫；

步驟四：基于步驟三建立的無刷電勵磁磁場調制電機的性能數據庫，建立其電壓方程模型、磁鏈—電流方程模型、機械運動方程模型；

步驟五：建立電機逆變器模型；

步驟六：建立離散化電機控制器模型。

優選地，所述無刷電勵磁磁場調制電機由定子、轉子、繞組組成，定子和轉子均為凸極結構，定子和轉子之間存在氣隙，勵磁繞組和電樞繞組均嵌在定子槽內，轉子槽內沒有填充物，電機運行時，勵磁繞組通入直流電，電樞繞組通入對稱交流電。