[发明专利]基于分布参数的电机气隙磁场建模方法及其应用

权利要求书

1.一种基于分布参数的电机气隙磁场建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取电机工作点：将相电流有效值I_s和定子电流矢量相对转子位置d轴的空间相位角β的电机实际工作区间分别等分为w_I与w_β份，根据磁动势等效原则获得同步直角坐标系下的电机电流工作点：

其中，β^m分别为第m个工作点的相电流有效值和空间相位角，m＝1,2,...,W，W＝w_I×w_β；

2)求取各工作点下电机气隙磁场分布的数值其中，θ_i为相应的空间电角度坐标值，i＝1,2,...,L，L为各工作点所包含的空间电角度个数；

3)对所述数值进行傅里叶级数展开：

其中，为第m个工作点下的气隙磁场波形的傅里叶拟合，p为电机极对数，M为所选取的傅里叶级数展开阶数，θ为同步直角坐标系下的空间机械角度，为其对应的第k阶傅里叶系数；

4)以关于电机电流工作点的多项式拟合并将气隙磁场波形转化为关于交直轴电流I_d、I_q以及空间机械角度θ的数学模型：

其中，为气隙磁场波形函数；

C(θ)＝[cos0(pθ) ... cosk(pθ) ... cosM(pθ)]；

S(θ)＝[sin0(pθ) ... sink(pθ) ... sinM(pθ)]；

A＝[α₀,...,α_k,...,α_M]^T，B＝[β₀,...,β_k,...,β_M]^T；

X＝[1,I_d,I_q,I_d²,I_dI_q,I_q²,...,I_d^N,I_d^N-1I_q,...,I_dI_q^N-1,I_q^N]^T；

A、B为分布参数，α_k为傅里叶系数的多项式系数向量，β_k为傅里叶系数的多项式系数向量，N为多项式拟合阶数。

2.根据权利要求1所述的基于分布参数的电机气隙磁场建模方法，其特征在于，所述求取各工作点下电机气隙磁场分布的数值的方法包括有限元参数仿真法、MEC法或基于Maxwell方程的解析模型法。

3.根据权利要求1所述的基于分布参数的电机气隙磁场建模方法，其特征在于，所述傅里叶级数展开阶数和多项式拟合阶数根据误差迭代收敛条件选取。

4.一种电机定子电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1)按权利要求1所述建模方法获得气隙磁场波形函数

A2)根据计算作用在定子截流导体上的总电磁转矩T_e：

其中，p为电机极对数，f_s(θ)为空间每一极内由三相绕组合成的正弦分布的空间磁动势波，l_s为转子轴向长度，r为转子外径，θ为同步直角坐标系下的空间机械角度；

A3)将T_e转化为以I_s、β为自变量的转矩表达式Te(I_s,β)；

A4)利用获得不同相电流I_s激励下最大转矩对应的转矩角β的值，再利用坐标变换得到同步坐标系下最大转矩对应的交直轴电流工作点形成最大转矩电流比的定子电流矢量轨迹曲线，并以该曲线控制定子电流。

5.一种基于气隙磁场分布的电机三相定子磁链估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

B1)按权利要求1所述的建模方法获得气隙磁场波形函数

B2)根据定子三相绕组在空间分布的位置以及转子与定子A轴的夹角θ_r，获得不同时刻下各相磁通量φ_g对应于在空间上的积分上下限[D_P,U_P]；

B3)利用磁通与磁链的固定倍比关系得到三相磁链关于电流跟时间的表达式ψ_P(X,θ_r)：

其中，N_s为定子三相绕组每对极每相串联匝数，k_w1为绕组分布因数，l_s为转子轴向长度，r为转子外径，g为气隙宽度，P＝{A,B,C}，表示当前估计的是P相磁链。