[发明专利]一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法

权利要求书

1.一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用有限元软件划分电机复杂磁场区域与规律磁场区域；

步骤2，建立电机复杂磁场区域的菱形小网格剖分；

步骤3，建立电机规律磁场区域的磁路磁导等效；

步骤4，完善两类区域边界处磁导节点连接关系，构建完整2D磁路剖分模型，依次建立磁导求解矩阵方程；

步骤5，构建磁导率收敛因子与电机齿部磁密最大差值的关系式；

步骤6，求解磁导矩阵方程，利用迭代算法实现矩阵的快速求解得到通过各磁导节点的磁通量和磁位，进而计算各磁导的磁通密度及磁导率；

步骤7，根据步骤6中求解得的磁路参数，依照电机电磁计算约束，可计算电机各相磁链、绕组反电动势等电磁参数；

所述定转子双永磁游标电机为12槽/28极的三相电机，分为定子、气隙、转子和转轴四部分；定子中包含定子轭部、定子齿部、定子槽、电枢绕组和极靴处永磁阵列，电枢槽形为平底槽，电枢绕组采用集中式绕制方式，跨距为4个定子槽；定子永磁体材料为NdFe35,在定子每个极靴处有2个槽口，各装有一个Halbach永磁阵列，每个Halbach永磁阵列由中间径向冲磁的主永磁体和两侧切向冲磁的副永磁体构成；转子为圆筒状，其表面上开槽安装表嵌永磁体，永磁体材料为铁氧体Y30，表嵌永磁体横截面为梯形，均匀分布在转子圆周方向；定子铁芯和转子铁芯的材料均为硅钢片DW540_50；气隙介于定子和转子之间，气隙厚度为0.5mm；电机转轴由不导磁材料制成，为实心圆柱状，并与转子同轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步骤1中，根据有限元软件的仿真结果，电机复杂磁场分布区域主要集中于定转子双边永磁体的一段范围内，包括气隙、定子极靴处及转子齿部区域；电机规律磁场分布区域包括定子轭部和齿部、转子轭部区域，由于两侧永磁体充磁方向均已固定，永磁体内部磁场分布也为规律分布。

3.根据权利要求1所述的一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，对复杂磁场分布区域剖分的具体过程为：按照实际电机设计尺寸、考虑极靴间气隙处的漏磁，对定子极靴包括极靴间气隙、定转子间气隙、转子齿部采用不同层数网格剖分的方式以获得合适的剖分模型，并依据剖分结果确立每个网格中的磁导连接关系。

4.根据权利要求1所述的一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：对定子轭部和齿部、转子轭部的磁导模型建模采用传统方式，将每一定子齿、齿间的定子轭部、转子轭部和各永磁体块，分别视为一个整体磁导，并按照磁场分布规律，依次连接各区域内磁导节点。

5.根据权利要求1所述的一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：极靴处Halbach永磁阵列中主永磁体的等效磁导分别与两侧副永磁体磁导、上侧极靴处和下侧气隙处磁导相连接，副永磁体磁导与转子永磁体磁导均与相邻剖分网格磁导对应相连；定子和气隙交界处剖分区域的磁导按照数量关系对应连接；转子齿部磁导与气隙磁导的连接关系需要在电机转动过程中不断更新。

6.根据权利要求1所述的一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，其特征在于，所述步骤5中，求解时对于铁芯磁导的磁导率进行修正，其迭代公式为：μ^(k)＝k₁×μ^(k-1)+(1-k₁)×μ^(k)，其中k₁满足0<k₁<1，而由于磁导率的迭代计算会产生齿部磁密的差值△B＝max{B_i^(k)-B_i-1^(k)},其中i为电机定子齿数，为12，k₁的取值根据△B的计算值改变而改变，k₁＝k₂×△B，k₂取0.008。