[发明专利]一种基于电感解析模型的内置式永磁同步电机设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域，特别涉及一种基于电感解析模型的内置式永磁同步电机设计方法。

背景技术

目前，电机厂商对一款电机进行开发，均采用订单式，即客户有什么类型电机的需求，即对该类型的电机进行设计，通常的一款电机的开发包括在计算机上建立电机的3D模型，对电机的电气参数进行分析，最后制造样机并在实际环境测试其性能。对于电机设计来说，最重要的环节在于电机的电气参数的分析上，尤其是电机电感量的分析，而且这个分析也在电机设计中占据很大的时间比重。

传统电机电感的分析方法比较成熟，主要包括有限元法和等效磁路法。其中采用有限元法的目的是考虑磁路饱和以及d-q轴磁路的交叉耦合对电感的影响。主要方法是首先建立电感解析模型，然后通过有限元提取d-q轴电感的饱和参数，两者结合进行电感计算。采用有限元方法虽然能在一定程度上保证计算的准确度，但整体耗时太长。对于磁路法计算电感，目前多采用了匝数函数和气隙磁导函数的方式，实际上，从物理意义的角度分析，常用的气隙磁导函数并不适用于内置式永磁电机的电感计算。对于内置式永磁电机，d轴磁力线路径为垂直穿过相邻的两极永磁体，q轴路径为平行于永磁体表面仅穿过极靴。而气隙磁导理论则认为d轴及q轴磁路均垂直于穿过永磁体。在电机电感分析中，采用有限元法又耗时太长，采用等效磁路法得到的电感值又精度不高，为了设计出较好电气性能的电机，本领域技术人员往往会耗费巨资采用有限元法对电机电感进行分析或者一次制造多款样机采用外部检测结合等效磁路法得到较精确的电感参数，这些方式明显不利于电机研发和电机生产。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于电感解析模型的内置式永磁同步电机的设计方法，通过提供一种简便的电感计算模型对电机进行快速设计，缩短电机设计周期。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种基于电感解析模型的内置式永磁同步电机设计方法，包括用计算机建立电机模型、计算电气参数和样机制作，所述计算电气参数包括计算电机的电感参数，所述电感参数的计算方法为：分别计算定子侧和转子侧的磁势，然后将两磁势相减计算气隙磁密，再根据气隙磁密计算各相绕组磁链，最后通过磁链计算电机电感。

作为优化，所述定子侧磁势计算函数标识为F_s(θ_r)，所述F_s(θ_r)包括绕组函数和负载电流函数，所述绕组函数为：

其中N_m＝2Nk_wm/(π*m),m＝1,2,3…；k_wm为绕组系数；p为极对数；N为每相串联匝数；Ω_r为额定机械角速度；K为修正系数，所述K的表达式如公式为：

其中T为槽数和极对数的最大公约数；h＝0,1,2,3…。

作为优化，电机的永磁体为单层、多层或不同形状。

本发明的有益效果是：通过在电机设计环节中采用一种新的电机电感计算模型，缩短设计环节中电机电气参数分析的时间，提高电机设计的效率，加快电机研发和生产进度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是电机设计的流程图；

图2是本发明所述的一台6极IPM同步电机的1/3分析模型；

图3是本发明所述实施例的转子磁压降解析模型图；

图4是本发明所述实施例的一对极范围的转子磁压降分布图；

图5是本发明所述实施例的θ₀＝0°时的定子磁势Fs(θr)；

图6是本发明所述实施例的θ₀＝0°时的定子磁势Fr(θr)；

图7是本发明所述实施例的θ₀＝0°时的气隙磁密Bg(θr)；

图8是本发明所述实施例的θ₀＝90°时的定子磁势Fs(θr)；

图9是本发明所述实施例的θ₀＝90°时的定子磁势Fr(θr)；

图10是本发明所述实施例的θ₀＝90°时的气隙磁密Bg(θr)；

图11是本发明所述实施例的电感结果对比。

具体实施方式