【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变电站安全，尤其涉及一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法。
技术介绍
1、在电动汽车中采用轮毂驱动方式能够提高车辆的传动效率并且能够更加灵活的控制车辆，但是在使用过过程中，由于轮毂尺寸限制，导致电机尺寸及与外界空气接触面积均有所限制，这将导致电机的发热情况更加严重；并且电机总体积的减小将不利于散热。当温度过高时会存在导致转子永磁体发生不可逆退磁的风险；也更加容易引起电机绝缘失效以及电机结构形变等诸多影响电机可靠性的问题。
2、为了防止电机温度过高，现有技术中一般采用温度传感器对电机进行测温，并且由于轮毂电机结构相对紧凑且密封，温度传感器只能检测部分区域温度，由于电机内部发热位置及传热系数不同，很容易造成电机温度分步不均衡，此时采用温度传感器难以对电机温度进行有效检测。
技术实现思路
1、本专利技术主要解决的技术问题是提供一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，以谐波为主导实现对电机的发热量进行获取，并进行温度场分析，以便于根据温度分部情况对温度进行调控，降低温度对电机性能的影响。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其步骤是：
3、步骤一、获取电机固定参数及工作参数并构建电机三维模型；
4、步骤二、根据谐波角度构建气隙谐波与电机中铁芯热量、电枢绕组热量和永磁体涡流热量之间的数学模型；
5、步骤三、根据构建的铁芯热量、电枢绕组热
6、步骤四、根据定子铁芯与电枢绕组之间、转子铁芯与永磁体之间、定子通过气隙与转子之间、转子与外部空气之间的热传递系数，建立电机的温度场数学模型，并采用有限元法对电机的温度场分布进行分析；
7、步骤五、根据分析结果针对性制定温度调控措施。
8、进一步的，所述步骤二中，气隙谐波与电机中铁芯热量建模的过程为：
9、定义异常涡流热量很小，计算时只需要考虑磁滞热量和经典涡流热量，且电机运行时，齿部和轭部分别以径向磁通和切向磁通为主，对应的齿部切向和轭部径向磁密在计算时忽略；
10、依据电机中现有的单元进行区域划分，取同一单元内定转子齿部、轭部几何中心点来来代替整体的磁密；对定转子上各次铁芯谐波产生铁耗求和得到电机总的铁芯热量；
11、由于气隙谐波经过铁芯产生铁芯谐波，得出频率同为fi气隙谐波群q(fi)产生的铁芯热量之和等于电机齿部和轭部中频率同为fi的i次铁芯谐波产生的热量和，由此建立气隙谐波和铁芯谐波的频率以及幅值关系；
12、将气隙谐波替换到铁芯热量数学模型中，获得以气隙谐波为主导的铁芯谐波铁芯数学模型。
13、进一步的，所述铁芯热量数学模型为：
14、
15、式中，mt和my分别为电机齿部和轭部的质量，fqi和fpi分别为q点、p点上i次铁芯谐波频率，q和p分别为定转子齿部、轭部几何中心点，bqi和bpi分别为对应i次谐波的幅值，kh为磁滞热量系数，kc为涡流热量系数。
16、进一步的，所述气隙谐波和铁芯谐波的频率以及幅值关系为：
17、be1:be2:…:ben＝bq1:bq2:…:bqn＝bp1:bp2:…:bpn (3)
18、
19、式中，bqv和bpv分别是气隙中v次谐波在q点、p点处对应产生的谐波幅值，fi为q点、p点的i次铁芯谐波频率，ben为对应n次气隙谐波有效幅值。
20、进一步的，所述步骤二中，气隙谐波与电机中永磁体涡流热量建模的过程为：
21、定义忽略磁饱和的影响，且总的永磁体涡流热量表示为各次气隙谐波产生的永磁体涡流热量相加的结果；
22、将永磁体假设成一个简化后的矩形，且一个永磁体用四个首尾串联电阻来表示其大小，得到等效电阻；
23、根据电磁感应定律，获得永磁体涡流回路中产生的感应电动势幅值，并结合等效电阻，得出电机永磁体涡流热量。
24、进一步的，所述永磁体涡流热量数学模型为：
25、
26、式中，为永磁体涡流回路中产生的感应电动势幅值，r为等效电阻。
27、进一步的，所述步骤二中，气隙谐波与电机中电枢绕组热量建模的过程为：绕组中通电用于产生磁场，气隙谐波通过产生的热量忽略不计，在此只根据绕组的电阻和流过的电流获得电机绕组热量，如下式所示：
28、pcu＝mi2rcu (6)
29、式中，m为电机相数，i为等效电阻，rcu为电机的相电阻。
30、进一步的，所述步骤三中，根据构建的数学模型获得工作状态下的铁芯热量、电枢绕组热量和永磁体涡流热量，获得电机热量，如下式所示：
31、pheat＝pcu+peddy+pfe (7)
32、式中，pcu为电枢绕组热量，peddy为永磁体涡流热量，pfe为铁芯热量。
33、进一步的，所述步骤四中，所述温度场分析模型为：
34、
35、式中，t为随时间变化的温度，λx、λy、λz分别为材料沿x、y、z各方向的导热系数，qv为单位体积在单位时间内的生热量，ρm为材料微元密度，cm为材料比热容；s1为第一类边界面，t(t)为给定的任何时刻下边界温度，可以为常量；s2为第二类边界面，λ表面法向的热传导率，n为表面法向方向，q(t)为给定的任何时刻下边界热流密度；s3为第三类边界面，αs为表面的散热系数，tf为边界面周围介质的温度。
36、进一步的，所述步骤四中，绕组的导热系数为：
37、
38、式中，δi为各导热介质厚度，λi为各导热介质的导热系数；
39、电机定子、转子铁芯在轴向、径向、周向上的导热系数分别为：
40、
41、式中，δfe为硅钢片介质厚度，δ0为0，λi为硅钢片材料导热系数，λ0为绝缘材料导热系数，kfe为铁芯叠片系数；
42、气隙对流导热系数为：
43、
44、式中，λair为硅钢片介质厚度，d1为电机定子外径，d2为电机转子内径，reair、recr为气隙雷诺系数、临界雷诺系数；
45、电机转子外表面散热系数为：
46、
47、式中，vr为转子表面速度。
48、本专利技术的有益效果是：
49、本专利技术从谐波角度出发，构建气隙谐波与铁芯热量、永磁体涡流量和电枢绕组之间的理论联系，实现将谐波与电机热量进行融合，最终利用电机的参数从内获得电机的热量，解决采用外部温度传感器测量不准确的问题，并对获得的热量进行温度场分析，获得电机工作过程中的温度分布情况，便于针对性制定温度控制方案，比如，在温度聚集处增加散热装置，根据温度进行反推实现通过控制谐波完成对温度的控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其步骤是：
2.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤二中，气隙谐波与电机中铁芯热量建模的过程为：
3.根据权利要求2所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述铁芯热量数学模型为：
4.根据权利要求2所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述气隙谐波和铁芯谐波的频率以及幅值关系为：
5.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤二中，气隙谐波与电机中永磁体涡流热量建模的过程为：
6.根据权利要求5所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述永磁体涡流热量数学模型为：
7.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤二中，气隙谐波与电机中电枢绕组热量建模的过程为：绕组中通电用于产生磁场，气隙谐波通过产生的热量忽略不计，在此只根据绕组的电阻和流过的电流获得电
8.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤三中，根据构建的数学模型获得工作状态下的铁芯热量、电枢绕组热量和永磁体涡流热量，获得电机热量，如下式所示：
9.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤四中，所述温度场分析模型为：
10.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤四中，
...【技术特征摘要】
1.一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其步骤是：
2.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤二中，气隙谐波与电机中铁芯热量建模的过程为：
3.根据权利要求2所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述铁芯热量数学模型为：
4.根据权利要求2所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述气隙谐波和铁芯谐波的频率以及幅值关系为：
5.根据权利要求1所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述步骤二中，气隙谐波与电机中永磁体涡流热量建模的过程为：
6.根据权利要求5所述的一种外转子磁场调制永磁电机温度检测及调控方法，其特征在于：所述永磁体涡流热量...
【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，卢金燕，窦永江，李婷，武兴会，王晓琳，程宽，胡石阳，周成虎，黄全振，李小魁，郭鑫洋，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：
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