[发明专利]基于转子磁势模型的内置式永磁同步电机磁场计算方法

说明书

一种基于转子磁势模型的内置式永磁同步电机磁场计算方法：将电机三相电流分解成d轴分量及q轴分量；建立定子电流d轴分量与永磁体磁场共同作用时的d轴转子磁势模型；建立相应的d轴等效磁路模型；建立考虑d轴磁场影响的定子电流q轴分量单独作用时的q轴转子磁势模型；建立考虑d轴磁场影响的定子电流q轴分量单独作用时的q轴等效磁路模型；根据d轴转子磁势模型和q轴转子磁势模型，推导出d轴磁场与q轴磁场共同作用时的总转子磁势模型；定子磁动势和总转子磁势模型对定子内表面磁动势进行迭代求解，对总转子磁势模型进行修正；并对电机磁场、反电势及转矩进行求解。本发明能够对内置式永磁同步电机磁场进行准确计算。

技术领域

本发明涉及一种同步电机磁场计算方法。特别是涉及一种基于转子磁势模型的内置式永磁同步电机磁场计算方法。

背景技术

内置式永磁同步电机因其高功率密度、宽调速范围等优点被广泛应用于电动汽车、城轨列车及航空航天等诸多工业领域。准确计算电机中的磁场分布是准确预测电机各项电磁性能、判断电机设计合理性的前提。然而，内置式永磁同步电机，转子结构复杂，受铁心饱和及d、q轴交叉耦合影响磁场畸变严重，尤其当电机负载运行时，这一情况更加明显，对磁场的计算更加困难。准确的磁场计算方法一直是国内外学者研究的热点问题。

电机磁场的主要计算方法分为数值方法及解析方法。有限元法是分析计算电机磁场主要的数值方法，该方法能够准确的分析电机内部的磁场分布及各项电磁性能。然而，其计算速度相对较慢，计算机资源占用较多，当电机结构参数发生变化时，模型修改较为不便。为了能够有效的解决数值方法存在的问题，越来越多的学者致力于电机磁场解析计算方法的研究中。

子域模型法是较为常用的磁场解析计算方法，其通过合理的假设简化电机模型，将电机磁场求解域划分为多个区域，进而通过建立各区域的偏微分方程，利用边界条件求取各区域的解。然而对于内置式永磁电机，由于永磁体位于转子内部，边界条件变的复杂，上述方法不再适用。等效磁路法及基于绕组函数的磁场计算方法是目前内置式电机常用的磁场计算方法。等效磁路法可以考虑铁心饱和及dq轴交叉耦合现象，对模型各节点磁势进行求解，然而，由于需要考虑定转子的连接问题，对气隙部分磁阻的建模相对困难，且考虑转子旋转后，定转子间的相对位置不断变化，导致气隙部分的磁阻随之变化。基于绕组函数模型的磁场计算方法通常分别与气隙反函数或转子磁势模型相结合。对于内置式电机而言，由于转子结构复杂且转子隔磁桥区域存在饱和现象，气隙反函数的确定较为困难。因此利用绕组函数模型与转子磁势模型相结合对电机磁场进行计算较为便捷及准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够将永磁体磁场及定子饱和的影响考虑在内的基于转子磁势模型的内置式永磁同步电机磁场计算方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于转子磁势模型的内置式永磁同步电机磁场计算方法，包括如下步骤：

1)将电机三相电流分解成d轴分量及q轴分量，并利用绕组函数对电机定子磁动势进行求解；

2)根据电机磁力线分布情况，建立定子电流d轴分量与永磁体磁场共同作用时的d轴转子磁势模型，并将定子电流d轴分量与永磁体磁场共同作用产生的磁场统称为d轴磁场；

3)建立相应的d轴等效磁路模型对步骤2)所述的d轴转子磁势模型中的待求量进行求解；

4)建立考虑d轴磁场影响的定子电流q轴分量单独作用时的q轴转子磁势模型，并将定子电流q轴分量单独作用产生的磁场成为q轴磁场；

5)建立考虑d轴磁场影响的定子电流q轴分量单独作用时的q轴等效磁路模型，对步骤4)中q轴转子磁势模型中的待求量进行求解；

6)根据所述的d轴转子磁势模型和所述的q轴转子磁势模型，推导出d轴磁场与q轴磁场共同作用时的总转子磁势模型；