本發(fā)明涉及電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，具體是一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、盤式電機(jī)具有功率密度高、尺寸小、運(yùn)行效率高、能量利用率高、響應(yīng)時(shí)間短、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車、自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人、工程機(jī)械、軍工、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。

2、盤式電機(jī)由于其自身特征，因此只適用于小載荷和精密控制的場合，不適用于大負(fù)載場合。在盤式電機(jī)使用的過程中，通常會采用永磁體斜極技術(shù)來降低渦流損耗以提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。在專利cn208955759u就公開了一種有效削弱電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的磁極斜極結(jié)構(gòu)。該磁極斜極結(jié)構(gòu)包括磁極、磁軛和鐵心，磁極按一定角度平行加工，磁極按一定順序粘接在磁軛圓柱面上，鐵心為直槽結(jié)構(gòu)。該磁極斜極結(jié)構(gòu)采用較為簡易的平行加工法實(shí)現(xiàn)磁極傾斜，在減小電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，能夠提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。盡管上述現(xiàn)有技術(shù)能夠在降低渦流損耗的同時(shí)，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩。但是降低了多少渦流損耗、降低后的渦流損耗是多少、提高了多少轉(zhuǎn)矩，以及提高后的轉(zhuǎn)矩是多少，在上述現(xiàn)有技術(shù)中并沒有一個(gè)定量的分析，致使無法清晰準(zhǔn)確地表示出電機(jī)性能的提升程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了避免和克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法。本發(fā)明通過能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算出轉(zhuǎn)子對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩及渦流損耗，進(jìn)而通過準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)表示電機(jī)性能的提升程度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，包括以下步驟：

4、s1、構(gòu)建轉(zhuǎn)子磁軛上的各個(gè)永磁體呈渦卷狀分布狀態(tài)的轉(zhuǎn)子；

5、s2、構(gòu)建盤式電機(jī)模型，并將轉(zhuǎn)子裝配到盤式電機(jī)模型中，獲取使用當(dāng)前轉(zhuǎn)子的盤式電機(jī)模型在運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩及渦流損耗；

6、s3、按照步驟s1和步驟s2的內(nèi)容構(gòu)建多個(gè)具有不同渦卷角的轉(zhuǎn)子，并將各個(gè)轉(zhuǎn)子分別裝配到同一盤式電機(jī)模型中，以此在控制變量的前提下獲取各個(gè)轉(zhuǎn)子在當(dāng)前盤式電機(jī)模型中對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩及渦流損耗；

7、s4、根據(jù)各個(gè)轉(zhuǎn)子的渦卷角、轉(zhuǎn)矩，以及渦流損耗，構(gòu)建轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型，并根據(jù)性能計(jì)算模型預(yù)測轉(zhuǎn)子的性能。

8、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：步驟s1構(gòu)建的轉(zhuǎn)子包括圓環(huán)狀的轉(zhuǎn)子磁軛，轉(zhuǎn)子磁軛的上環(huán)面上安裝有多個(gè)永磁體，各個(gè)永磁體繞轉(zhuǎn)子磁軛周向均勻布置，且各個(gè)永磁體均沿同一時(shí)針方向傾斜布置在轉(zhuǎn)子磁軛上，以構(gòu)成渦卷狀分布狀態(tài)。

9、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：各個(gè)永磁體均為沿著轉(zhuǎn)子磁軛徑向由外向內(nèi)逐漸縮小的扇形板狀，永磁體的板面與轉(zhuǎn)子磁軛環(huán)面彼此平行，永磁體的兩側(cè)面均與轉(zhuǎn)子磁軛環(huán)面彼此垂直；永磁體的外弧面與轉(zhuǎn)子磁軛的外圓周面彼此共面，永磁體的內(nèi)弧面與轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)圓周面彼此共面；

10、沿著轉(zhuǎn)子磁軛的軸向，永磁體在轉(zhuǎn)子磁軛上環(huán)面上的鉛垂投影構(gòu)成四邊形abcd，轉(zhuǎn)子磁軛的軸線在轉(zhuǎn)子磁軛上環(huán)面上的鉛垂投影構(gòu)成點(diǎn)o；直線ab和直線ao之間的夾角為θ1，直線dc和直線do之間的夾角為θ2，且θ＝θ1＝θ2，θ1和θ2即為所述渦卷角θ。

11、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型表示如下：

12、

13、

14、式中，f表示轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的扭矩；f1表示轉(zhuǎn)子的第一階段扭矩；f2表示轉(zhuǎn)子的第二階段扭矩；f3表示轉(zhuǎn)子的第三階段扭矩；f4表示轉(zhuǎn)子的第四階段扭矩；q表示轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的渦流損耗；q1表示轉(zhuǎn)子的第一階段渦流損耗；q2表示轉(zhuǎn)子的第二階段渦流損耗；q3表示轉(zhuǎn)子的第三階段渦流損耗。

15、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：使用有限元分析軟件構(gòu)建盤式電機(jī)模型，然后將不同渦卷角的轉(zhuǎn)子裝配到同一個(gè)盤式電機(jī)模型中，在盤式電機(jī)運(yùn)行過程中獲得各個(gè)轉(zhuǎn)子對應(yīng)的扭矩和渦流損耗；然后對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，以此構(gòu)建當(dāng)前盤式電機(jī)模型對應(yīng)的轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型；

16、通過改變電機(jī)參數(shù)以構(gòu)建多個(gè)不同的盤式電機(jī)模型，然后將不同渦卷角的轉(zhuǎn)子裝配到各個(gè)盤式電機(jī)模型中運(yùn)行，以獲取各個(gè)轉(zhuǎn)子對應(yīng)的扭矩和渦流損耗，并基于獲取的扭矩和渦流損耗構(gòu)建各個(gè)盤式電機(jī)模型對應(yīng)的轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型。

17、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述轉(zhuǎn)子磁軛的上環(huán)面上開設(shè)有用于固定安裝永磁體的安裝槽，各個(gè)安裝槽繞轉(zhuǎn)子磁軛周向均勻布置在轉(zhuǎn)子磁軛上，且各個(gè)安裝槽均為沿著轉(zhuǎn)子磁軛徑向由外向內(nèi)逐漸縮小的通槽；安裝槽的槽口方向與轉(zhuǎn)子磁軛的軸向彼此平行，且安裝槽的槽口為可阻擋永磁體沿轉(zhuǎn)子磁軛軸向滑出安裝槽的收口結(jié)構(gòu)。

18、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：永磁體兩側(cè)面的頂邊均為圓角，安裝槽的槽口處為與該圓角彼此貼合的圓弧面，且該圓弧面的半徑為r1；半徑r1和轉(zhuǎn)子磁軛的外圓半徑r之間滿足關(guān)系：0.016＜r1/r＜0.047。

19、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：永磁體兩側(cè)面上均開設(shè)有定位槽，安裝槽槽口處的兩內(nèi)壁面上均安裝有與定位槽彼此嵌合的定位條，定位條長度方向與安裝槽長度方向彼此平行；定位條的橫截面為矩形，矩形的長度為l，寬度為w，且長度l和寬度w滿足關(guān)系：0.5＜l/w＜1.5。

20、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：直線od和直線oa之間的夾角為θ3，夾角θ3為永磁體的圓心角，且滿足：0.056＜θ3/360＜0.083。

21、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：轉(zhuǎn)子磁軛的內(nèi)圓半徑為r，半徑r滿足：0.5＜r/r＜0.7。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

23、1、本發(fā)明采用永磁體斜極技術(shù)來降低渦流損耗提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，永磁體的斜極通過在轉(zhuǎn)子磁極上引入機(jī)械角度的偏移，使得磁通密度波形更加平滑，減少了磁通密度的波動(dòng)，從而降低了渦流損耗，以此提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。基于盤式電機(jī)模型得到的數(shù)據(jù)，建立轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型，并根據(jù)性能計(jì)算模型準(zhǔn)確的預(yù)測轉(zhuǎn)子的性能，即通過具體的數(shù)據(jù)來表征電機(jī)性能的提升程度。

24、2、本發(fā)明通過在盤式電機(jī)的定子封裝盤上開設(shè)導(dǎo)流孔來增大定子與空氣的接觸面積，以此在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠增大電機(jī)內(nèi)部的空氣流動(dòng)，進(jìn)而起到快速散熱的目的。

技術(shù)特征：

1.一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，步驟s1構(gòu)建的轉(zhuǎn)子包括圓環(huán)狀的轉(zhuǎn)子磁軛(1)，轉(zhuǎn)子磁軛(1)的上環(huán)面上安裝有多個(gè)永磁體(2)，各個(gè)永磁體(2)繞轉(zhuǎn)子磁軛(1)周向均勻布置，且各個(gè)永磁體(2)均沿同一時(shí)針方向傾斜布置在轉(zhuǎn)子磁軛(1)上，以構(gòu)成渦卷狀分布狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，各個(gè)永磁體(2)均為沿著轉(zhuǎn)子磁軛(1)徑向由外向內(nèi)逐漸縮小的扇形板狀，永磁體(2)的板面與轉(zhuǎn)子磁軛(1)環(huán)面彼此平行，永磁體(2)的兩側(cè)面均與轉(zhuǎn)子磁軛(1)環(huán)面彼此垂直；永磁體(2)的外弧面與轉(zhuǎn)子磁軛(1)的外圓周面彼此共面，永磁體(2)的內(nèi)弧面與轉(zhuǎn)子磁軛(1)的內(nèi)圓周面彼此共面；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型表示如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，使用有限元分析軟件構(gòu)建盤式電機(jī)模型，然后將不同渦卷角的轉(zhuǎn)子裝配到同一個(gè)盤式電機(jī)模型中，在盤式電機(jī)運(yùn)行過程中獲得各個(gè)轉(zhuǎn)子對應(yīng)的扭矩和渦流損耗；然后對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，以此構(gòu)建當(dāng)前盤式電機(jī)模型對應(yīng)的轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型；

6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子磁軛(1)的上環(huán)面上開設(shè)有用于固定安裝永磁體(2)的安裝槽(11)，各個(gè)安裝槽(11)繞轉(zhuǎn)子磁軛(1)周向均勻布置在轉(zhuǎn)子磁軛(1)上，且各個(gè)安裝槽(11)均為沿著轉(zhuǎn)子磁軛(1)徑向由外向內(nèi)逐漸縮小的通槽；安裝槽(11)的槽口方向與轉(zhuǎn)子磁軛(1)的軸向彼此平行，且安裝槽(11)的槽口為可阻擋永磁體(2)沿轉(zhuǎn)子磁軛(1)軸向滑出安裝槽(11)的收口結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，永磁體(2)兩側(cè)面的頂邊均為圓角，安裝槽(11)的槽口處為與該圓角彼此貼合的圓弧面，且該圓弧面的半徑為r1；半徑r1和轉(zhuǎn)子磁軛(1)的外圓半徑r之間滿足關(guān)系：0.016＜r1/r＜0.047。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，永磁體(2)兩側(cè)面上均開設(shè)有定位槽(21)，安裝槽(11)槽口處的兩內(nèi)壁面上均安裝有與定位槽(21)彼此嵌合的定位條(111)，定位條(111)長度方向與安裝槽(11)長度方向彼此平行；定位條(111)的橫截面為矩形，矩形的長度為l，寬度為w，且長度l和寬度w滿足關(guān)系：0.5＜l/w＜1.5。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，直線od和直線oa之間的夾角為θ3，夾角θ3為永磁體(2)的圓心角，且滿足：0.056＜θ3/360＜0.083。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子磁軛(1)的內(nèi)圓半徑為r，半徑r滿足：0.5＜r/r＜0.7。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種盤式電機(jī)轉(zhuǎn)子性能計(jì)算方法。本發(fā)明采用永磁體斜極技術(shù)來降低渦流損耗提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，永磁體的斜極通過在轉(zhuǎn)子磁極上引入機(jī)械角度的偏移，使得磁通密度波形更加平滑，減少了磁通密度的波動(dòng)，從而降低了渦流損耗，以此提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩?；诒P式電機(jī)模型得到的數(shù)據(jù)，建立轉(zhuǎn)子的性能計(jì)算模型，并根據(jù)性能計(jì)算模型準(zhǔn)確的預(yù)測轉(zhuǎn)子的性能，即通過具體的數(shù)據(jù)來表征電機(jī)性能的提升程度。

技術(shù)研發(fā)人員：燕浩,鄒永智,劉鑫,張虎,蘇曉珍,陳亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19