[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

说明书

本发明的一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，包括对电机复杂磁场区域与规律磁场区域的划分，并分别对两种区域进行菱形小网格剖分与磁路磁导等效；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；构建磁导率收敛因子与电机齿部磁密最大差值的关系式；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，并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，最后与有限元的结果进行对比。本发明首次针对定转子双永磁游标电机进行2D磁路剖分，所提供的方案可以为该类型双永磁电机提供参考研究。

技术领域

本发明涉及一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，属于电磁场计算领域。

背景技术

定转子双永磁游标电机利用调制齿对空间磁场的调制作用，具有在低速运行状态下能够输出大转矩的特点，适用于农业机械设备领域。定转子双永磁游标电机较传统的永磁游标电机提升了转矩密度，同时采用混合磁材料不仅降低电机成本，也减小了电机转子部分热退磁影响。传统永磁游标电机按永磁体位置分为定子型和转子型两种，该永磁游标电机为定转子双永磁型，即在电机的定子上和转子上都存在永磁体。在相同体积的情况下，电机的转矩密度得以提高，也提高了电机内部的空间利用率。

目前对定转子双永磁游标电机常用的分析方法为商业有限元(Finite ElementAnalysis，FEA)软件，由于其高精度与易操作在电机设计各阶段被广泛应用。但FEA软件基于电机内部全网格剖分原理，分析耗时长效率低，不适用于电机的初期设计阶段。而2D磁路剖分建模方法则融合了传统磁路法与网格剖分法，其计算原理简单，精度高，且仿真耗时短带来较高的设计效率。通过对定转子双永磁游标电机进行2D磁路剖分建模，可以迅速求解出电机磁链、反电势与转矩等电磁参数，实现电机研究初期的高效率设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定转子双永磁游标电机复杂磁场中磁路模型的分析与求解方法，主要包括电机内复杂磁场区域磁导的网格剖分、规律磁场的近似磁导替代与磁导矩阵模型的建立。将收敛因子改变的约束式加入模型，用于矩阵的快速收敛求解。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法，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。