[发明专利]基于精确保角映射的永磁游标电机电磁性能分析方法

说明书

本发明公开了一种结合单槽精确保角映射与等效磁路模型的永磁游标电机电磁性能分析方法，所述的设计方法包括以下步骤：通过单槽精确保角映射及相应逆变换求解出永磁游标电机的气隙磁场分布；根据求得的磁场分布，引入等效磁路模型，通过单槽保角映射法与等效磁路模型相互迭代，求解出考虑永磁游标电机饱和与槽漏磁下的磁势分布；通过矢量磁位计算永磁游标电机的空载反电动势，通过麦克斯韦张量理论计算永磁游标电机的电磁转矩。本发明在减少计算时间的同时保证了结果的准确性，计算出考虑饱和效应与槽漏磁的永磁游标电机磁场分布及其电磁性能。

技术领域

本发明涉及电机电磁场分析领域，特别是涉及一种结合单槽精确保角映射与等效磁路模型的永磁游标电机设计方法。

背景技术

永磁游标电机因磁齿轮效应的存在而具有良好的转矩输出特性，在低速大转矩的应用场合中受到广泛关注。气隙磁场分析是永磁游标电机设计和性能计算的基础，一般采用数值法或解析法求解。有限元拥有计算精度高、适用范围广的特点，但是为获得更大的转矩，永磁游标电机的极对数一般会设计得比较高，使用有限元分析时会占用大量的计算资源，从而延长了计算周期。在其他分析方法中，气隙磁场调制理论在极槽配合选择中被广泛使用，但由于游标电机漏磁通较大，气隙磁场难以被准确计算。等效磁路模型能获得较为精确的计算结果，但依然要依赖于漏磁初值的准确程度。在保角映射中，相对磁导模型、复数磁导模型和精确解析模型都得到了一定的使用，然而，其计算的准确性和实用性尚未经过论证。此外，目前的方法中一般不考虑铁芯饱和，因而会在电机重载时造成很大的计算误差。为了精确计算永磁游标电机的电磁性能，本发明提出了一种基于精确保角映射的分析方法，只需对电机内一个槽下的区域及相应的气隙进行保角映射，同时引入等效磁路模型计算铁芯饱和造成的影响，从而获得准确的气隙磁场分布与转矩计算结果，具有精度高、计算速度快的优点。

发明内容

本发明提供了一种对永磁游标电机电磁性能进行分析的求解方法，结合精确解析模型与等效磁路法，可以在考虑饱和效应与槽漏磁的情况下给出准确的电机磁场分布和转矩计算。

一种结合单槽精确保角映射与等效磁路模型的永磁游标电机电磁性能分析方法，其包括如下步骤：

1)通过单槽精确保角映射求解出永磁游标电机的气隙磁场分布；

2)依据求得的当前气隙磁场分布，用等效磁路法求解铁芯各部分磁压降；

3)步骤1)和步骤2)相互迭代，得到考虑永磁游标电机铁芯饱和与槽漏磁下的磁势分布；

4)通过矢量磁位计算永磁游标电机的空载反电动势，通过麦克斯韦张量理论计算永磁游标电机的电磁转矩；

5)对下一时刻的永磁游标电机执行步骤1)-4)的求解过程，得到一个完整电周期下的永磁游标电机的电磁性能。

根据本发明的优选方案，所述步骤1)具体为：

通过单槽精确保角映射将永磁游标电机单槽对应的扇形有槽气隙区域T被逐步变换为无槽的同心圆区域Ψ，

其中，T平面中点(r,α)单槽精确保角映射到Ψ平面中点(r_Ψ,α_Ψ)表示为：

其中，a_w和b_w是Schwarz-Christoffel映射得到的矩形区域的宽度和高度；f^-1函数为 Schwarz-Christoffel映射的逆函数；

因此，对永磁游标电机的径向和切向磁密B_srk和B_sαk的求解可通过Ψ平面中径向和切向磁密B_ψrc和B_ψαc的计算，其求解如下：