一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法技术

本发明专利技术涉及电机建模技术领域，具体涉及一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法。该方法包括以下步骤：将电机的轴向转子等效变换为径向外转子，将轴向盘式转子永磁体等效变换为径向圆筒形转子永磁体，将轴向盘式转子轭等效变换为径向圆筒形转子轭；对永磁型径向内转子和磁阻型径向内转子的参数修正；将T型定子铁芯等效变换为径向电机铁芯，定子绕组的参数进行修正；根据等效变换后径向外转子、径向圆筒形转子永磁体、径向圆筒形转子轭和径向电机铁芯的参数，以及修正后永磁型径向内转子、磁阻型径向内转子和定子绕组的参数，建立二维模型对永磁电机进行分析。能够解决现有技术中建立的模型复杂，并且不够直观的问题。并且不够直观的问题。并且不够直观的问题。

A dimension reduction analysis method of permanent magnet motor using virtual permeance

【技术实现步骤摘要】
一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法


[0001]本专利技术涉及电机建模
，具体涉及一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法。

技术介绍

[0002]轴径向混合磁通永磁电机由于其特殊的磁路结构，在进行设计与优化时需要建立三维模型进行仿真分析，现有的国内外文献中均采用三维有限元模型进行设计与分析。然而，相对于二维有限元模型，三维有限元模型对计算机的性能要求大幅提高，计算时长也将增加几十甚至百倍，进行一次瞬态周期仿真计算需要耗时7～9个小时，严重延长了电机的设计与优化周期。
[0003]为解决上述问题，如公开号为CN111327170A的中国专利公开了一种混合励磁轴向磁通切换电机等效磁路的建模方法，该方法包括以下步骤：步骤1：将永磁体等效为一个磁动势源F
pm
和内阻R
pm
；步骤2：根据定子齿和转子齿在内外径处的相对位置,将半个周期内的转子位置划分为n个区域,计算每个区域内的定转子铁芯磁阻和气隙磁阻；步骤3,结合各部分的等效磁阻,建立每个区域的等效磁路模型；步骤4,电机建模过程完成。该专利技术能在保证计算精度的基础上,为混合励磁轴向磁通切换电机的初始设计和性能优化提供一种快速的计算方法。
[0004]但是该计算方法建立的模型复杂，并且不够直观。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，能够解决现有技术中建立的模型复杂，并且不够直观的问题。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0007]本专利技术提供一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，包括：
[0008]将电机的轴向转子等效变换为径向外转子，将轴向盘式转子永磁体等效变换为径向圆筒形转子永磁体，将轴向盘式转子轭等效变换为径向圆筒形转子轭；
[0009]对永磁型径向内转子和磁阻型径向内转子的参数进行修正；
[0010]将T型定子铁芯等效变换为径向电机铁芯，定子绕组的参数进行修正；
[0011]根据等效变换后径向外转子、径向圆筒形转子永磁体、径向圆筒形转子轭和径向电机铁芯的参数，以及修正后永磁型径向内转子、磁阻型径向内转子和定子绕组的参数，建立关于永磁电机的二维模型对永磁电机进行分析。
[0012]在一些可选的方案中，所述的将电机的轴向转子等效为径向转转子，包括：
[0013]根据电机的轴向转子等效变换为径向外转子前后的输出扭矩相同，可得到：
[0014][0015]其中，D
av
为等效变换前轴向部分转子铁芯平均直径；D
oA
为等效变换前轴向部分转子外径；D
iA
为等效变换前轴向部分转子内径；L
efA
为等效变换前的轴向部分电枢有效长度，D
R
为等效变换后径向外转子的内径，L
efR
为等效变换后的电机有效长度。
[0016]在一些可选的方案中，所述将轴向盘式转子永磁体等效变换为径向圆筒形转子永磁体，包括：
[0017]等效变换为径向圆筒形转子永磁体的轴向有效长度等效替换为等效变换后的电机有效长度L
efR
；
[0018]等效变换为径向圆筒形转子永磁体的等效磁动势源与等效磁阻和变换前轴向盘式转子永磁体的磁动势源与磁阻相同：
[0019][0020]其中，F
m
为等效变换后径向圆筒形转子永磁体的等效磁动势源，R
m
为等效变换后径向圆筒形转子永磁体的等效磁阻，H
c
为等效变换前永磁体矫顽力，h
m
为等效变换前永磁体充磁方向的厚度，B
r
为等效变换前永磁体剩余磁通密度，μ0为等效变换前真空中磁导率，μ
r
为等效变换前永磁材料的相对磁导率，S
m
为等效变换前永磁体在垂直于充磁方向上的截面积。
[0021]在一些可选的方案中，对磁阻型径向内转子的参数进行修正，包括：
[0022]保持等效变换前后截面尺寸不变，等效修正转子铁芯材料的磁导率
[0023]其中，L
ef
为等效变换前的电机有效长度，μ为等效变换前转子铁芯磁导率，μ
′
为等效变换后转子铁芯磁导率，L
efR
为等效变换后的电机有效长度。
[0024]在一些可选的方案中，对永磁型径向内转子的参数进行修正，还包括：
[0025][0026]其中，L
ef
为等效变换前的电机有效长度，L
efR
为等效变换后的电机有效长度，h
m
为等效变换前永磁体充磁方向的厚度，h
′
m
为等效变换后永磁体充磁方向的厚度，H
′
c
为等效变换后永磁体矫顽力，B
′
r
为等效变换后永磁体剩磁。
[0027]在一些可选的方案中，所述的将轴向盘式转子轭等效变换为径向圆筒形转子轭，
包括：
[0028]保持等效变换前后转子轭的厚度不变。
[0029]在一些可选的方案中，将T型定子铁芯等效变换为径向电机铁芯，包括：
[0030]等效变换后径向电机铁芯的内外半径为径向内转子的外径与等效变换后径向外转子的内径叠加气隙长度；
[0031]等效变换后径向电机铁芯的内外沿弧长分别与原T型定子铁芯的内外沿所占弧度相等；
[0032]根据等效变换后径向电机铁芯的内外半径和内外沿弧长，确定等效变换后径向电机铁芯的磁阻。
[0033]在一些可选的方案中，根据等效变换后径向电机铁芯的内外半径和内外沿弧长，确定等效变换后径向电机铁芯的磁阻，包括：
[0034]根据等效变换后径向电机铁芯的内外半径和内外沿弧长，确定虚拟磁导率；
[0035]根据虚拟磁导率和等效变换后的电机有效长度，确定等效变换后径向电机铁芯的磁阻。
[0036]在一些可选的方案中，根据公式：确定虚拟磁导率；
[0037]根据公式和确定等效变换后径向电机铁芯的磁阻；
[0038]其中，R1和R2分别为等效变换后径向电机铁芯的内外半径，l1和l2等效变换后径向电机铁芯的内外沿弧长，S
A
和S
R
分别为等效变换前径向定子铁芯轴向与径向磁路的截面积，L
A1
和L
A2
分别为等效变换前径向定子铁芯轴向磁路的内、外侧长度，L
R1
和L
R2
分别为等效变换前径向定子铁芯径向磁路的上、下侧长度，μ
SMC
为等效变换前径向定子铁芯材料的磁导率；R
T
为T型定子铁芯等效变换前的磁阻，R
A
为T型定子铁芯等效变换前轴向部分磁阻，R
R
为T型定子铁芯等效变换前径向部分磁阻。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，其特征在于，包括：将电机的轴向转子等效变换为径向外转子，将轴向盘式转子永磁体等效变换为径向圆筒形转子永磁体，将轴向盘式转子轭等效变换为径向圆筒形转子轭；对永磁型径向内转子和磁阻型径向内转子的参数进行修正；将T型定子铁芯等效变换为径向电机铁芯，定子绕组的参数进行修正；根据等效变换后径向外转子、径向圆筒形转子永磁体、径向圆筒形转子轭和径向电机铁芯的参数，以及修正后永磁型径向内转子、磁阻型径向内转子和定子绕组的参数，建立关于永磁电机的二维模型对永磁电机进行分析。2.如权利要求1所述的利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，其特征在于：所述的将电机的轴向转子等效为径向转转子，包括：根据电机的轴向转子等效变换为径向外转子前后的输出扭矩相同，可得到：其中，D
av
为等效变换前轴向部分转子铁芯平均直径；D
oA
为等效变换前轴向部分转子外径；D
iA
为等效变换前轴向部分转子内径；L
efA
为等效变换前的轴向部分电枢有效长度，D
R
为等效变换后径向外转子的内径，L
efR
为等效变换后的电机有效长度。3.如权利要求2所述的利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，其特征在于，所述将轴向盘式转子永磁体等效变换为径向圆筒形转子永磁体，包括：等效变换为径向圆筒形转子永磁体的轴向有效长度等效替换为等效变换后的电机有效长度L
efR
；等效变换为径向圆筒形转子永磁体的等效磁动势源与等效磁阻和变换前轴向盘式转子永磁体的磁动势源与磁阻相同：其中，F
m
为等效变换后径向圆筒形转子永磁体的等效磁动势源，R
m
为等效变换后径向圆筒形转子永磁体的等效磁阻，H
c
为等效变换前永磁体矫顽力，h
m
为等效变换前永磁体充磁方向的厚度，B
r
为等效变换前永磁体剩余磁通密度，μ0为等效变换前真空中磁导率，μ
r
为等效变换前永磁材料的相对磁导率，S
m
为等效变换前永磁体在垂直于充磁方向上的截面积。4.如权利要求2所述的利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，其特征在于，对磁阻型径向内转子的参数进行修正，包括：保持等效变换前后截面尺寸不变，等效修正转子铁芯材料的磁导率其中，L
ef
为等效变换前的电机有效长度，μ为等效变换前转子铁芯磁导率，μ
′
为等效变换后转子铁芯磁导率，L
efR
为等效变换后的电机有效长度。
5.如权利要求2所述的利用虚拟磁导的永磁电机降维分析方法，其特征在于，对永磁型径向内转子的参数进行修正，还包括：其中，L
ef
为等效变换前的电机有效长度，L
efR

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宋君，徐百川，王翼，杨凯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：