[发明专利]一种永磁电机空载气隙磁场分析方法

说明书

本发明涉及一种永磁电机空载气隙磁场分析方法，包括下列步骤：基于子域法得到单槽电机的气隙磁场分布，并将单槽电机模型的磁场解析解依据相位关系叠加，得到永磁电机总磁场的分布；对于电机无槽模型，计算在平面极坐标系下，径向磁场磁通密度和切向磁场磁通密度；将叠加后的磁场与无槽模型磁场结合，得到永磁电机空载气隙磁场全局模型，求得电机径向磁场分布。

技术领域

本发明属于永磁电机气隙磁场领域，涉及到用于永磁电机空载气隙磁场分析的求解方法。

背景技术

永磁电机因为其结构简单、效率高、转矩密度大，而在生产生活各方面得到广泛应用。电机空载磁场的准确计算是预测反电动势、齿槽转矩、噪声振动的前提，也是进行永磁电机优化设计和性能分析工作的基础。计算永磁电机电磁场，主要应用的方法有有限元法、磁路法和解析法。有限元法适用于复杂结构电机，耗时长；磁路法简单有效，但精度不高；解析法物理概念清晰，但传统解析法忽略齿、槽效应，计算结果不准确。目前国内外学者采用子域法计算电机磁场，子域模型是包含所有槽在内的完整电机模型，谐波系数矩阵的维数正比于电机槽数，且谐波系数受各个槽内电流影响，方程求解过程相对复杂，随着电机极数和槽数的增加，计算时长也增加，不便于电机优化和设计。因此，在应用子域法的基础上，进行永磁电机磁场方程降阶研究，简化谐波系数求解过程，对磁场解析法以及电机优化设计具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种永磁电机空载气隙磁场分析方法，结合单槽电机叠加后的磁场与无槽电机磁场，得到永磁电机气隙磁场，技术方案如下：

一种永磁电机空载气隙磁场分析方法，包括下列步骤：

1)基于子域法得到单槽电机的气隙磁场分布，并将单槽电机模型的磁场解析解依

据相位关系叠加，得到永磁电机总磁场的分布：

其中为单槽模型的空载气隙磁场解析表达式，下角标Ⅲ为气隙区域Ⅲ，上角标i为第i个槽对应的区域，N_s为电机槽数，θ为极坐标系下切向位置，θ_i为第i个槽所对应的角度。

2)对于电机无槽模型，在平面极坐标系下，径向磁场磁通密度为：

切向磁场磁通密度为：

其中B_rl为电机径向磁密，B_θl为电机切向磁密，n为气隙和永磁体区域磁场的谐波阶数，P_r为电机极对数，R_s为定子半径，R_r为转子内半径，R_m为永磁体表面半径，μ₀为真空磁导率，μ_r为相对磁导率，M_rn为由傅里叶形式表示的永磁体径向磁场强度的幅值，r是极坐标系下径向位置。

3)将叠加后的磁场与无槽模型磁场结合，得到永磁电机空载气隙磁场全局模型，

求得电机径向磁场分布：

B_r＝B_sup-(N_s-1)B_rl；

其中，B_r为电机径向磁密，B_sup是单槽电机模型叠加后的总磁密，N_s为电机槽数，B_rl为无槽时电机径向磁密。

本发明结合磁导函数和子域解析法，提出一种永磁电机空载气隙磁场分析方法：建立单槽电机的磁导模型，确定单槽磁导模型与电机气隙磁场的关系；基于子域法，分别得到单槽电机和无槽电机的气隙磁场分布，并将单槽电机的磁场分布按照相位关系叠加；最后将叠加后的磁场与无槽模型磁场结合，得到永磁电机空载气隙磁场全局模型。技术效果如下：