[发明专利]一种等效气隙长度变化的磁通切换电机磁场饱和补偿方法

说明书

本发明涉及一种等效气隙长度变化的磁通切换电机磁场饱和补偿方法，包括以下步骤：建立定子永磁型磁通切换电机的解析模型，获得线性磁路无槽情况下气隙磁通密度；根据转子位置角，确定出定子齿、转子齿重叠结构模式及其对应的定子齿、转子齿之间的重叠角，采用有限元法分析电机铁芯饱和时的磁密分布，根据定、转子的重合角重叠角，估算出定子齿饱和磁阻、转子齿饱和磁阻；将定、转子齿饱和部分的磁阻等效为对应齿前气隙磁阻的增加，同时重新构建出气隙长度等效后的相对磁导函数；根据磁动势守恒原则，计算非线性磁路中补偿后的气隙磁通密度。本发明可以快速分析电机的饱和情况下的磁场分布，以解决磁场解析法在分析电机饱和磁场时存在的缺陷。

技术领域

本发明涉及电机设计领域，具体涉及一种等效气隙长度变化的磁通切换电机磁场饱和补偿方法。

背景技术

定子永磁型磁通切换电机(包括机械轴承支撑磁通切换电机和无轴承磁通切换电机)定、转子显著的双凸极性特点，使得该种电机在齿尖处具有聚磁效应，可提高永磁材料的利用率。永磁体采用切向充磁方式且放置在定子上，不仅便于永磁体的安装，而且还有利于永磁体的散热，降低了永磁退磁的风险。在电机的绕组结构上，因具有绕组的一致性和互补性，使得电机的反电动势波形具有较高的正弦性。

当电机带重载运行时，为维持电机的正常运行，需要通入更大的绕组电流，由于铁芯材料B-H曲线具有非线性，当电机铁芯中的磁密超过膝点时，B-H磁化曲线不再线性变化，电机铁芯会发生磁饱和现象。此时，若继续通过增加定子绕组电流则电机的转矩并不再继续增大，相反带来电机的效率下降。为准确分析电机的磁场特点，必须充分考虑磁场的饱和现象。

传统的分析电机磁饱和问题，主要采用有限元法。在有限元模型中可以通过设置铁芯材料的磁化曲线数值，分析饱和情况下的磁场分布，但有限元法存在计算耗时过长等特点。在工程领域中，通常都是基于大量的数据进行类比估计，依赖一定的经验性。而目前电机磁饱和问题分析的方法十分匮乏。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种等效气隙长度变化的磁通切换电机磁场饱和补偿方法，有效提高电机在传统线性磁路条件下的计算精度，拓宽了解析方法分析电机磁场的应用范围，能够对电机的饱和磁场进行分析。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种等效气隙长度变化的磁通切换电机磁场饱和补偿方法，包括以下步骤：

在线性磁路下，采用解析法，建立定子永磁型磁通切换电机的解析模型，获得考虑定子双边开槽情况下的气隙磁密B_slot；同时，选取磁场中的标量磁位为求解变量，计算定、转子双边开槽情况下的相对磁导函数，并进一步获得线性磁路无槽情况下气隙磁通密度；

根据转子位置角θ_r，确定出定子齿、转子齿重叠结构模式1～k及其对应的定子齿、转子齿之间的重叠角γ_i，i＝1～k，采用有限元法分析电机铁芯饱和时的磁密分布，根据定、转子的重合角重叠角γ_i，估算出定子齿饱和磁阻R_si、转子齿饱和磁阻R_ri；

将定、转子齿饱和部分的磁阻等效为对应齿前气隙磁阻的增加，同时重新构建出气隙长度等效后的相对磁导函数；

根据磁动势守恒原则，计算非线性磁路中补偿后的气隙磁通密度B_{slot_sati}；当转子位置角大于36°时，计算下一个周期的非线性磁路下的气隙磁通密度分布。

进一步的，所述估算出定子齿饱和磁阻R_si、转子齿饱和磁阻R_ri，具体如下：

设定、转子齿各自的饱和深度均呈线性变化，定子齿饱和深度g_si、转子齿饱和深度g_ri与重叠角γ_i，i＝1～k，具有下列关系：