永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法、系统及存储介质，方法包括：S1、建立电机瞬态电磁场仿真分析有限元模型；S2、选取恒转矩区和恒功率区内的稳定转速点并进行电磁力仿真；S3、对电磁力仿真得到的少数几个稳定转速点的电磁力进行定子齿面区域积分运算，得到相应稳定转速点下每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力；S4、电磁力时间变换和插值计算，从而得到整个恒转矩区内每个转速点的电磁力和恒功率区内每个稳定转速点的电磁力；S5、综合恒转矩区和恒功率区内的电磁力结果，得到电机在加减速工况全转速段内每个转速点的电磁力。与现有技术相比，本发明专利技术可以快速准确计算电机加减速工况每个转速点电磁力。速准确计算电机加减速工况每个转速点电磁力。速准确计算电机加减速工况每个转速点电磁力。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及永磁电机的
，具体涉及一种永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]大力发展新能源汽车目前已成为汽车行业的大趋势，而纯电动汽车是目前新能源汽车发展的主流方向，随着纯电动汽车技术的发展，纯电动汽车的噪声问题也越来越引起人们的关注。与传统内燃机汽车不同，纯电动汽车的噪声主要来自驱动电机，其噪声总值虽然不大，但频率较高，容易引起驾驶员和乘客的烦恼，如何在满足动力性、经济性、轻量化和低成本等要求的同时降低电机噪声已成为新能源汽车制造商普遍关心和亟待解决的问题。电机噪声主要由电磁力激励下的电机自身结构振动产生，因此对电机电磁力进行快速准确计算是预测电机电磁噪声的关键。
[0003]目前关于电机电磁力的计算方法主要有解析法、半解析法和有限元法三种。其中解析法在早期计算机和商用软件不成熟的时候研究比较多，方法比较成熟，电磁力的解析计算主要基于电磁场理论，例如磁势磁导法，根据磁动势和气隙磁导计算气隙磁场，然后再根据气隙磁场计算电磁力。有限元法则是利用商用软件对电磁力进行计算，通过导入模型、划分网格和设置材料及边界条件，最终求解得到电磁力。
[0004]解析法虽然能够对电机加减速工况电磁力进行快速计算，但该方法在计算的各个环节引入了大量的假设，忽略了漏磁和磁路饱和等因素的影，所以其计算精度较低，不适合电磁力的精确计算，尤其对于目前纯电动汽车常用的内置式永磁同步电机，其磁路比较复杂，解析法难于准确计算其电磁力。有限元法是利用商用软件对电磁力进行计算，可以考虑漏磁和磁路饱和等因素的影响，所以计算精度高，但有限元法只能对稳定转速点进行计算，如果需要得到加减速过程中的电磁力，则需要对每一个转速点进行单独计算，例如计算电机转速从0到10000r/min这一过程中的电磁力，如果转速间隔为100r/min，则需要重复计算100次，工作量大，计算耗时长、效率低。半解析法是针对纯解析法计算精度不高的问题，将解析法和有限元法结合起来，借助有限元计算来考虑磁路饱和等因素的影响，半解析法的计算精度和计算效率介于解析法和有限元法之间。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要针对电磁力解析法和半解析法计算精度低以及半解析法和有限元法计算效率低的问题，提供一种永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法、系统及存储介质，可以快速准确计算电机加减速工况每个转速点电磁力的方法，实现对电机电磁力的快速计算。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术一方面提供了一种永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，用于快速准确计算加减速工况全转速段每个转速点电机受到的电磁力，包括下述步骤：
[0008]S1、根据给定的电机几何模型和给定参数，在电磁软件中建立电机瞬态电磁场仿真分析有限元模型；
[0009]S2、选取恒转矩区和恒功率区内的稳定转速点，并对选取的稳定转速点工况进行电磁力仿真；
[0010]S3、对电磁力仿真得到的少数几个稳定转速点的电磁力进行定子齿面区域积分运算，得到相应稳定转速点下每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力；
[0011]S4对得到的恒转矩区的一个稳定转速点的每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行时间变换，从而得到整个恒转矩区内每个转速点的电磁力；同样地，对得到的恒功率区的少数几个稳定转速点的每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行插值计算，从而得到恒功率区内每个稳定转速点的电磁力；
[0012]S5、综合恒转矩区和恒功率区内的电磁力结果，得到电机在加减速工况全转速段内每个转速点的电磁力。
[0013]作为优选的技术方案，步骤S1中，在电磁软件中建立瞬态电磁场仿真分析有限元模型，具体为：
[0014]S11、在电磁仿真软件中导入给定的电机几何模型，由于电机磁场主要沿径向平面闭合，所以只要建立二维平面模型，此外电机沿圆周方向具有周期性，只要建立半个单元电机模型；
[0015]S12、根据给定的硅钢片材料和永磁体材料参数，给定、转子铁心和永磁体赋予相应的材料；根据给定的电流参数设置电路激励；
[0016]S13、设置运动边界条件和周期边界条件，设置求解步数和步长，并进行网格划分，得到永磁同步电机瞬态电磁场仿真有限元模型。
[0017]作为优选的技术方案，步骤S2中，所述选取恒转矩区和恒功率区内的稳定转速点，遵循以下准则：
[0018]A、恒转矩区由于电机相电流的幅值和相位角保持不变，所以恒转矩区只需要仿真一个稳定转速点的电磁力，选取恒转矩区对应转速范围的中间转速点作为仿真转速点；
[0019]B、恒功率区由于电机相电流的幅值和相位角随电机转速发生变化，所以需要根据实际情况每隔一定的转速取一个稳定转速点进行电磁力仿真。
[0020]作为优选的技术方案，步骤S2中，在选取恒功率区稳定转速点时，每隔500r/min取一个稳定转速点。
[0021]作为优选的技术方案，恒功率区内电磁力仿真应同时满足以下条件：
[0022]A、在对恒功率区内每隔一定转速选取的稳定转速点进行电磁力仿真计算时，不同转速工况每个电周期内的采样点数要设置成相等；
[0023]B、每个电周期内的采样点数的选取要使得采样频率大于所关注的电磁力谐波频率的两倍。
[0024]作为优选的技术方案，所述步骤S4，具体为：
[0025]S4.1、对恒转矩区内的任意转速点，其径向和切向电磁力分别用公式(1)和(2)来求取，如下：
[0026][0027][0028][0029]其中，F
Rn_i
为恒转矩区待求转速点n的某个定子齿面i径向电磁力合力的时间历程；
[0030]F
Tn_i
为恒转矩区待求转速点n的某个定子齿面i切向电磁力合力的时间历程；
[0031]为恒转矩区选定转速点n0的某个定子齿面i径向电磁力合力的时间历程；
[0032]为恒转矩区选定转速点n0的某个定子齿面i切向电磁力合力的时间历程；
[0033]n为转速；
[0034]n0为恒转矩区选取的仿真转速；
[0035]t和t
′
为时间；
[0036]S4.2、对恒功率区内的任意转速点，其径向和切向电磁力分别用公式(4)和(5)来求取，如下：
[0037][0038][0039][0040]其中，F
′
Rn_j
为恒功率区待求转速点n的某个定子齿面j径向电磁力合力的时间历程；
[0041]F
′
Tn_j
为恒功率区待求转速点n的某个定子齿面j切向电磁力合力的时间历程；
[0042]为恒功率区选定转速点n1的某个定子齿面j径向电磁力合力的时间历程；
[0043]为恒功率区选定转速点n1的某个定子齿面j切向电磁力合力的时间历程；
[0044]为恒功率区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，用于快速准确计算加减速工况全转速段每个转速点电机受到的电磁力，其特征在于，包括下述步骤：S1、根据给定的电机几何模型和给定参数，在电磁软件中建立电机瞬态电磁场仿真分析有限元模型；S2、选取恒转矩区和恒功率区内的稳定转速点，并对选取的稳定转速点工况进行电磁力仿真；S3、对电磁力仿真得到的少数几个稳定转速点的电磁力进行定子齿面区域积分运算，得到相应稳定转速点下每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力；S4对得到的恒转矩区的一个稳定转速点的每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行时间变换，从而得到整个恒转矩区内每个转速点的电磁力；同样地，对得到的恒功率区的少数几个稳定转速点的每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行插值计算，从而得到恒功率区内每个稳定转速点的电磁力；S5、综合恒转矩区和恒功率区内的电磁力结果，得到电机在加减速工况全转速段内每个转速点的电磁力。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，其特征在于，步骤S1中，在电磁软件中建立瞬态电磁场仿真分析有限元模型，具体为：S11、在电磁仿真软件中导入给定的电机几何模型，由于电机磁场主要沿径向平面闭合，所以只要建立二维平面模型，此外电机沿圆周方向具有周期性，只要建立半个单元电机模型；S12、根据给定的硅钢片材料和永磁体材料参数，给定、转子铁心和永磁体赋予相应的材料；根据给定的电流参数设置电路激励；S13、设置运动边界条件和周期边界条件，设置求解步数和步长，并进行网格划分，得到永磁同步电机瞬态电磁场仿真有限元模型。3.根据权利要求1所述的永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，其特征在于，步骤S2中，所述选取恒转矩区和恒功率区内的稳定转速点，遵循以下准则：A、恒转矩区由于电机相电流的幅值和相位角保持不变，所以恒转矩区只需要仿真一个稳定转速点的电磁力，选取恒转矩区对应转速范围的中间转速点作为仿真转速点；B、恒功率区由于电机相电流的幅值和相位角随电机转速发生变化，所以需要根据实际情况每隔一定的转速取一个稳定转速点进行电磁力仿真。4.根据权利要求1所述的永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，其特征在于，步骤S2中，在选取恒功率区稳定转速点时，每隔500r/min取一个稳定转速点。5.根据权利要求3所述的永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，其特征在于，恒功率区内电磁力仿真应同时满足以下条件：A、在对恒功率区内每隔一定转速选取的稳定转速点进行电磁力仿真计算时，不同转速工况每个电周期内的采样点数要设置成相等；B、每个电周期内的采样点数的选取要使得采样频率大于所关注的电磁力谐波频率的两倍。6.根据权利要求1所述的永磁同步电机加减速工况电磁力计算方法，其特征在于，所述步骤S4，具体为：
S4.1、对恒转矩区内的任意转速点，其径向和切向电磁力分别用公式(1)和(2)来求取，如下：如下：如下：其中，F
Rn_i
为恒转矩区待求转速点n的某个定子齿面i径向电磁力合力的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴双龙，王海林，齐龙，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：