一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，涉及永磁電機磁場計算領域，包括：將研究區(qū)域分為永磁體區(qū)域、氣隙區(qū)域和定子槽區(qū)域三部分；在極坐標系下，建立三類區(qū)域內的標量磁位方程；建立轉子鐵心-永磁體磁極，永磁體磁極-氣隙，氣隙-定子槽三個區(qū)域的磁場邊界條件；根據標量磁位方程和磁場邊界條件，獲得僅含有單組等厚磁極的永磁電機磁場分布解析模型；將所有單組等厚磁極永磁電機的磁場計算結果進行疊加，獲得實際不等厚磁極永磁電機的磁場解析表達式。本方法能夠準確計算出含有不等厚磁極的表貼式永磁電機內磁場分布，為電機設計和分析提供了一種有效的磁場計算方法，計算結果可進一步用于計算電機的其他電磁性能。
【專利說明】一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁電機磁場計算領域，尤其涉及一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法。
【背景技術】
[0002]表貼式永磁電機具有較高的效率、功率因數和轉矩密度，因而被廣泛應用到電梯、風電、混合動力汽車等眾多工業(yè)領域中。其中，永磁體磁極作為永磁電機的重要組成部分之一，直接影響著電機制造的成本高低和整個系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。目前，表貼式永磁電機中常用的磁極結構為徑向等厚磁極，充磁方式為徑向充磁或平行充磁。含有該形狀磁極的永磁電機往往具有齒槽轉矩大、反電勢諧波含量高等缺點，難以達到用戶要求。經國內外學者研究發(fā)現，通過對表貼式永磁電機磁極進行優(yōu)化，采用不等厚磁極結構，不僅可以節(jié)省永磁體材料，簡化磁極加工，而且可以有效改善電機反電勢波形，抑制電機轉矩脈動，顯著提高電機整體性能。
[0003]磁場計算是進行電機設計的重要步驟之一，也是分析永磁電機性能的基礎和前提。為了獲得電機內的磁場分布，研究設計參數對永磁電機性能的影響，人們開發(fā)了許多方法，主要可以分為三類，即等效磁路法、數值法和解析法。其中，解析法以其計算速度快、準確度高、便于分析參數之間關系等優(yōu)點，成為電機理論分析的重要研究手段。目前，對于傳統(tǒng)等厚磁極結構的表貼式永磁電機已有較為成熟的磁場解析方法，子域模型法便是其中之一。該方法不僅可以充分考慮定子槽間的相互耦合情況，而且巧妙利用矩陣計算有效地將定子齒槽與轉子磁極對磁場的作用反映出來，準確度較高，因而受到了廣大電機研究人員的關注。然而，當永磁體磁極優(yōu)化后，其徑向厚度往往不再均勻，電機結構變得更為復雜，使得常規(guī)子域模型法難以對轉子磁極邊界進行數學描述，從而無法完成不等厚磁極永磁電機的磁場解析建模。由于缺少有效的磁場解析計算方法，導致研究人員在對含有不等厚磁極的表貼式永磁電機進行特性分析及優(yōu)化設計時受到了較大限制。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，本發(fā)明克服了常規(guī)子域模型法的不足，獲得的磁場計算結果，可進一步用于計算其他電磁性能，詳見下文描述:
[0005]一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，所述方法包括以下步驟:
[0006](I)對不等厚磁極沿圓周方向進行離散分割，將其等效為N塊均勻離散的永磁體塊，對每極下的各永磁體塊進行編號；
[0007](2)將研究區(qū)域分為永磁體區(qū)域、氣隙區(qū)域和定子槽區(qū)域三部分；
[0008](3)在極坐標系下，建立三類區(qū)域內的標量磁位方程；
[0009](4)建立轉子鐵心-永磁體磁極，永磁體磁極-氣隙，氣隙-定子槽三個區(qū)域的磁場邊界條件；[0010](5)根據標量磁位方程和磁場邊界條件，獲得僅含有單組等厚磁極的永磁電機磁場分布解析模型；
[0011](6)將所有單組等厚磁極永磁電機的磁場計算結果進行疊加，獲得實際不等厚磁極永磁電機的磁場解析表達式。
[0012]所述將研究區(qū)域分為永磁體區(qū)域、氣隙區(qū)域和定子槽區(qū)域三部分的步驟具體為:
[0013](I)第j組永磁體中，區(qū)域Ij內的標量磁位fl/方程為
【權利要求】
1.一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，其特征在于，所示方法包括以下步驟: (1)對不等厚磁極沿圓周方向進行離散分割，將其等效為N塊均勻離散的永磁體塊，對每極下的各永磁體塊進行編號； (2)將研究區(qū)域分為永磁體區(qū)域、氣隙區(qū)域和定子槽區(qū)域三部分； (3)在極坐標系下，建立三類區(qū)域內的標量磁位方程； (4)建立轉子鐵心-永磁體磁極，永磁體磁極-氣隙，氣隙-定子槽三個區(qū)域的磁場邊界條件； (5)根據標量磁位方程和磁場邊界條件，獲得僅含有單組等厚磁極的永磁電機磁場分布解析模型； (6)將所有單組等厚磁極永磁電機的磁場計算結果進行疊加，獲得實際不等厚磁極永磁電機的磁場解析表達式。
2.根據權利要求1所述的一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，其特征在于，所述將研究區(qū)域分為永磁體區(qū)域、氣隙區(qū)域和定子槽區(qū)域三部分的步驟具體為: (1)第j組永磁體中，區(qū)域Ij內的標量磁位ffv方程為
3.根據權利要求1所述的一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，其特征在于，所述建立轉子鐵心-永磁體磁極，永磁體磁極-氣隙，氣隙-定子槽三個區(qū)域的磁場邊界條件的步驟具體為: (I)轉子鐵心與永磁體磁極交界處，滿足
4.根據權利要求1所述的一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，其特征在于，所述單組等厚磁極的永磁電機磁場分布解析模型具體為:
5.根據權利要求1所述的一種含有不等厚磁極的表貼式永磁電機磁場計算方法，其特征在于，所述將所有單組等厚磁極永磁電機的磁場計算結果進行疊加，獲得實際不等厚磁極永磁電機的磁場解析表達式為:
【文檔編號】G06F19/00GK103984864SQ201410209132
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權日:2014年5月16日
【發(fā)明者】夏長亮, 陳湞斐 申請人:天津大學