[发明专利]一种E型铁芯混合励磁磁通切换电机的设计方法

说明书

本发明公开了一种E型铁芯混合励磁磁通切换电机的设计方法，涉及混合励磁磁通切换电机设计领域，特别是一种E型铁芯集中绕组混合励磁磁通切换电机的设计方法。该方法为：基于电机的实际性能需求及场路结合的方法来确定E型铁芯混合励磁磁通切换电机结构参数，并通过计算机有限元法模拟分析所设计电机的输出性能，验证并修正设计方法所确定的电机结构参数。本发明不仅可以快速便捷地根据输出性能需求确定电机初始结构尺寸，同时可以降低试验样机在性能输出量、动态特性和工作效率等方面不满足设计要求的可能性，达到降低电机的设计成本、缩短其设计周期的目的。

技术领域

本发明涉及电机设计领域，具体为一种E型铁芯混合励磁磁通切换电机的设计方法。

背景技术

目前能源消耗和环境污染等问题日益严峻，随着钕铁硼(NdFeB)等高性能的永磁材料的性价比的不断提高，采用功率密度高、能量损耗小和高可靠性的永磁电机取代电励磁电机已经成为一种趋势。由于永磁材料的特性，传统结构的永磁电机存在着气隙磁场保持恒定，作电动机运行时存在恒功率区和调速范围较窄等问题，制约了其在需要宽调速邻域的应用。混合励磁磁通切换电机采用永磁体建立主磁通，通过直流励磁，调节气隙磁场强度和分布，具备体积小、效率高、输出转矩大和调速范围宽等特点，其中的E型铁芯混合励磁磁通切换电机的永磁磁通与直流励磁磁通为并列关系，不存在直流退磁的问题，有着十分广阔的应用前景。

然而与传统的永磁电机相比，混合励磁磁通切换电机在运行时，气隙内部同时包含有永磁磁势和直流励磁磁势，在调速的过程中，与绕组交链的磁通变化过程十分复杂，目前传统的解析磁路法和有限元分析法对于混合励磁磁通切换电机的电励磁绕组的磁场调节能力分析和励磁磁势的计算缺乏有效的设计方法，国内外对于混合励磁磁通电机的设计的一般方法也处于空白之中。

因此针对混合励磁磁通切换电机的特点，根据电机实际性能需求开展设计，并能兼顾电机的良好输出性能，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供了一种E型铁芯混合励磁磁通切换电机的设计方法，快速便捷地根据输出性能需求确定电机初始结构尺寸，同时降低试验样机在性能输出量、动态特性和工作效率等方面不满足设计要求的可能性，达到降低电机的设计成本、缩短其设计周期的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案，具体包括以下步骤：

步骤一、确定E型铁芯混合励磁磁通电机的性能需求参数；

步骤二、根据电机的性能需求参数，确定电机的定转子结构参数；

步骤三、利用电机的定转子结构参数和性能需求参数，确定电机的电枢绕组总串联匝数；

步骤四、建立电机内部磁路的简化模型，确定电机的电励磁绕组的磁场调节能力；

步骤五、建立E型铁芯混合励磁磁通切换电机的有限元动态仿真模型；

步骤六、将有限元动态仿真结果与电机性能需求参数对比，若不符合要求，就对电机设计结构参数和电磁参数进行修正，重复步骤二至步骤五，直到电机有限元动态仿真结果满足电机性能需求参数。

进一步地，所述电机的性能需求参数包括混合励磁磁通切换电机的相数m、每相额定电压U_N、额定转速n、额定调速范围和额定效率η。

进一步地，所述步骤二确定电机的定转子结构参数和输出转矩，是根据电机内部电磁关系的推导得出的，具体包括：

根据电机的额定功率P₂、定子单元数P_s、转子齿数P_r和额定效率η确定电机定子外径：