[发明专利]一种用于表贴式永磁电机电磁设计的求解方法

说明书

本发明公开了一种用于表贴式永磁电机电磁设计的求解方法，包括：(1)基于改进子域法，建立永磁体、气隙以及定子槽的矢量磁位表达式，并根据矢量磁位表达式求得三个子域的当前磁场分布；其中，所述定子槽在槽内增加等效电流片作为边界条件，定子槽的矢量磁位表达式与等效电流片的电流密度相关；(2)根据求得的当前磁场分布，用磁路法求解得到定子铁芯各部分的磁压降，将其转化为定子槽中等效电流片的电流密度；(3)改进子域法和磁路法互相迭代，求出三个子区域的磁场分布；(4)计算永磁电机磁链、反电动势、齿槽转矩。利用本发明，可以精确计算考虑饱和效应情况下的电机磁场分布及其电磁性能，为电机设计提供优化意见。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，尤其是涉及一种用于表贴式永磁电机电磁设计的求解方法。

背景技术

永磁电机因为其较高的转矩密度、功率密度以及效率而受到广泛的关注。为了设计符合使用要求的永磁电机并对其优化，并且为了尽量缩短设计周期，在电机的不同设计阶段选择一个合适的模型进行电磁分析至关重要。比如在电机设计的初始阶段，设计者往往希望电机模型求解迅速，迅速找到设计方向；而在电机设计的后期阶段，设计者希望电机模型尽量精准，更加接近实物结果，减少误差。

现有模型可分为：数值模型，解析模型，磁路模型以及复合模型。数值模型能求解复杂结构的电机，以及精确计算铁芯饱和效应，但通常求解时间太长，导致设计周期过长，并且性能与电机尺寸参数无法直接对应，因此性能优化困难。而解析法求解快速，并且由于将电机性能与尺寸参数直接联系，因此能够提供优化意见，通常分为相对磁导率法、复杂磁导率法以及子域法，然而解析法只能求解线性模型，即假定电机定转子铁芯有无穷磁导率，因此误差将会随着电机饱和程度的增加而增大。而磁路法通过基尔霍夫定律以及牛顿拉夫逊法，也能计算铁芯的非线性，然而，磁路等效中存在大量简化过程，本质上是将一个连续的场分布离散化，因此无法精确预测磁场分布。

因此，为了结合解析法和磁路法的优点，即磁场预测的精确性以及对非线性的计算，一些基于保角变换的复合模型已经被提出，然而，这些模型无法精确计算槽中的磁场分布，会给计算结果带来一定的误差。但本发明提出的算法首次结合了子域法和磁路法，能够在考虑电机铁芯非线性的情况下，精确预测电机永磁体内，气隙以及槽内的切向和径向磁密分布，并且在此基础上，能够精确计算电机的电磁性能，包括磁链，反电动势，齿槽转矩等等。

发明内容

本发明提供了一种用于表贴式永磁电机电磁设计的求解方法，引入等效电流片，可以精确计算考虑饱和效应情况下的电机磁场分布及其电磁性能。

一种用于表贴式永磁电机电磁设计的求解方法，包括以下步骤：

(1)基于改进子域法，建立永磁体、气隙以及定子槽的矢量磁位表达式，并根据矢量磁位表达式求得三个子域的当前磁场分布；

其中，所述定子槽在槽内增加等效电流片作为边界条件，定子槽的矢量磁位表达式与等效电流片的电流密度相关；

(2)根据求得的当前磁场分布，用磁路法求解得到定子铁芯各部分的磁压降，将其转化为定子槽中等效电流片的电流密度；

(3)重复步骤(1)和(2)进行相互迭代，直到得出稳定的等效电流片电流密度，由此求出永磁体、气隙以及定子槽的磁场分布；

(4)根据上述结果，计算永磁电机磁链、反电动势、齿槽转矩。