[发明专利]考虑定子铁心饱和的表贴式永磁电机磁场解析计算方法

说明书

本发明提供了一种考虑定子铁心饱和的表贴式永磁电机磁场解析计算方法，包括：确定求解域，定子侧气隙用于定子铁心饱和等效处理，转子侧气隙用于旋转域和静止域求解过度；建立个求解域的拉普拉斯方程或泊松方程，根据边界条件求解磁场；根据气隙磁场和定子齿、齿顶、轭磁场之间的关系，利用磁路模型求解定子齿、齿顶、轭的磁阻；将每个定子齿、齿顶、轭以及与之对应的定子侧气隙划分成一组，通过磁路等效，将定子侧磁阻转移至定子侧气隙，获得新的定子侧气隙磁导率；将该磁导率带入区域模型，重新求解气隙磁密；重复迭代过程直到相邻两次求解的定子侧气隙的相对磁导率误差小于1％，此时的磁场即为解析计算结果。该方法可精确求解电机磁场。

技术领域

本发明属于表贴式永磁电机磁场解析计算领域，具体涉及一种考虑定子铁心饱和的表贴式永磁电机磁场解析计算方法。

背景技术

表贴式永磁电机具有功率密度高、效率高、转矩密度高等优势，因而被广泛应用在航空、航天领域。磁场作为该类电机的基本物理量，直接影响电机的电磁性能。因此，精确计算磁场尤为重要。

磁场计算方法较多，可以分为三类，即磁路法、数值法和解析法。其中解析法有利于阐明电机内部各物理量之间的关系，帮助理解电机的基本工作原理。子域法是一种常用的较为成熟的磁场解析方法，该方法考虑了齿槽影响和谐波分布，能够较为精确地求解磁场。但是，子域法要求各子域交界面处有确切的边界条件，而当定子铁心饱和时，不能再认为铁心的磁导率远大于空气，该类边界条件很难确定。此外，电机运行时，磁场旋转运动，定子铁心饱和位置随磁场旋转而不断变化，边界条件不确定的位置也不断变化。因此，考虑定子饱和时，传统子域法无法精确求解磁场。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种考虑定子铁心饱和的表贴式永磁电机磁场解析计算方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

针对定子铁心饱和影响表贴式永磁电机磁场解析求解，本发明提供一种区域模型和磁路模型相结合的方法，将定子铁心饱和磁导率用分层气隙等效处理，进而精确求解磁场，技术方案见下文描述：

步骤1：将电机划分为磁体、转子侧气隙、定子侧气隙、槽口和定子槽五个区域；其中定子侧气隙用于定子铁心饱和等效处理，转子侧气隙用于旋转域和静止域求解过度；

其中，磁体标记为区域I、转子侧气隙标记为区域II、定子侧气隙标记为区域III、槽口标记为区域IV、定子槽标记为区域V；

步骤2：确定各区域间的接触面，包括：永磁体与转子铁心接触面、永磁体与转子侧气隙接触面、转子侧气隙与定子侧气隙接触面、定子侧气隙与定子铁心接触面、定子侧气隙与定子槽气隙接触面；

步骤3：在极坐标系下，建立各区域的矢量磁位方程，根据磁感应强度B和磁场强度H通过分界面的连接条件，确定各接触面的边界条件；

步骤4：先不考虑定子铁心饱和，即假设铁心磁导率大于空气，定子侧气隙相对磁导率为1，根据各区域的矢量磁位方程和边界条件，求解磁场；

步骤5：根据气隙磁场和定子齿、齿顶、轭磁场之间的关系，利用磁路模型求解定子齿、齿顶、轭的磁阻；

步骤6：将每个定子齿、齿顶、轭以及与之对应的定子侧气隙划分成一组；通过磁路等效，将定子侧磁阻转移至定子侧气隙，即定子侧气隙的相对磁导率不再为1；此时获得新的区域模型，该模型中仅区域III的相对磁导率改变，其他区域不变；

步骤7：再次对新的区域模型进行解析求解，根据气隙磁场，求解定子齿、齿顶、轭的磁阻，同样将定子侧磁阻转移至定子侧气隙上，获得定子侧气隙新的相对磁导率；

步骤8：判断相邻两次求解的定子侧气隙的相对磁导率误差是否小于1％；

如果是，终止计算；如果否，重复步骤4至步骤7，最终获得考虑定子铁心饱和情况下的气隙磁场。