[发明专利]基于等效磁路法的永磁同步直线电机建模与特性分析方法

说明书

本发明涉及一种基于等效磁路法的永磁同步直线电机建模与特性分析方法，包括：把永磁同步直线电机等效磁路法分析模型分为两个部分，直线电机初级为第一部分，气隙和电机次级构成第二部分，忽略铁芯饱和，求取第一部分的磁导和电枢绕组产生的磁动势参数；除了电机端部把一个齿槽距内进入每个初级齿的磁路分均为4个支路；得到任意时刻的电机气隙磁密的分布；求取电机的磁链和电枢反电势并求取电机的磁阻力。本发明在保证了模型精确度的前提下，使模型简单易行。

技术领域

本发明属于电机磁场计算特性分析领域，尤其涉及一种基于等效磁路法的永磁同步直线电机建模方法，以及对电机特性分析的方法。

背景技术

永磁同步直线电机以其特有的直线运动形式以及效率高、推力密度大的优点，在工业领域应用十分广泛，备受国内外研究人员关注。在电机设计和特性分析中常用有限元法和等效磁路法。有限元法分析的结果准确，但是计算量大且耗时长，不利于快速计算。在电机设计初期和对电机的优化设计中并不适合采用有限元法。相对于有限元法，等效磁路法虽然计算精度没有有限元法高，但是计算精度在可以接受的范围之内，且计算量小、耗时少、易于优化设计的实施。

最初基于等效磁路法的电机模型中只包括永磁体和气隙磁导，使得模型过于简化导致精确度不高，后来研究人员在模型中考虑了齿槽效应、漏磁、电枢反应及初次级间相对运动等现象，使得等效磁路法磁场分析结果精确度提高。目前，基于等效磁路法计算分析永磁同步直线电机存在以下问题：

1.在考虑了齿槽效应的电机分析模型中，只是针对初次级某一具体相对位置，当初次级间发生相对运动时，电机分析模型需要重新建立，增加了模型求解的复杂度。

2.端部效应是直线电机由于铁芯断开造成的特有现象，并且引起三相磁链不对称，产生边端力。基于等效磁路法计算分析永磁同步直线电机却没有对电机端部详细建模。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种简单易行且计算精度高的永磁同步直线电机等效磁路法分析模型，并在所建的分析模型基础上对电机特性分析。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于等效磁路法的永磁同步直线电机建模与特性分析方法，包括：

1)把永磁同步直线电机等效磁路法分析模型分为两个部分，直线电机初级为第一部分，气隙和电机次级构成第二部分，忽略铁芯饱和，求取第一部分的磁导和电枢绕组产生的磁动势参数；

2)除了电机端部把一个齿槽距内进入每个初级齿的磁路分均为4个支路，每个支路由气隙磁导、永磁体磁导和永磁体产生的磁势组成，永磁体根据磁路划分；定义电机运动正方向，对于每个初级齿，从运动正方向在右边的侧面看，左边和右边支路为初级齿对应的相邻槽中半个槽距内的磁路，气隙磁导磁路由直线和圆弧构成，在初级齿的正下方定义2个支路，当只有一个永磁体在齿下方时，令对应磁路的参数至零；对于永磁体之间不进入初级齿的漏磁磁路，这部分磁路单独考虑，不包括在这4个支路中；

3)定义直线电机初次级间某一具体相对位置为初始位置，求进入一个初级齿4个支路中的气隙磁导、永磁体磁导和永磁体产生的磁势在初次级相对运动一个极距范围内的参数计算；

4)求直线电机所有的初级齿相对于定义的初始位置，与次级发生的相对运动距离，由周期性得到分析模型第二部分中除了电机端部磁路，每个支路中的气隙磁导、永磁体磁导和永磁体产生的磁势参数；

5)直线电机端部磁路取到端部永磁体跟端部初级齿之间距离的一半，由直线和圆弧构成；

6)用节点法求解模型，得到任意时刻的电机气隙磁密的分布；

7)求取电机的磁链和电枢反电势并求取电机的磁阻力。