[发明专利]一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法

说明书

本发明公开了一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，包括：将电机区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽口区域、槽身上层绕组及下层绕组区域；确定槽身上、下层绕组区域包含的两层绕组的电流密度函数，分别展开为傅里叶级数表达式；建立五个区域内的矢量磁位方程；施加各区域交界面的边界条件，确定五个区域的矢量磁位方程，获得永磁电机电枢反应磁场分布表达式；建立永磁体涡流损耗的解析模型，计算获得永磁电机总的涡流损耗和电枢反应场谐波造成的涡流损耗。本方法不仅能够准确计算出总的永磁体涡流损耗，而且能够计算电枢反应场各次谐波分别产生的涡流损耗大小，为电机电枢绕组优化设计和性能分析提供了一种快捷且准确的研究手段。

技术领域

本发明涉及一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，属于永磁电机的技术领域。

背景技术

分数槽永磁电机具有绕组端部短、槽利用率高，齿槽转矩低，容错能力强等优点，近些年来受到了越来越多的关注。然而，该电机的电枢磁场中含有高幅值的低次谐波分量。当电机高速运行时，谐波磁场会在永磁体中感应出较大的涡流损耗，使得电机的转子发热、效率降低，严重时甚至会导致永磁体退磁，损坏电机。

要抑制分数槽永磁电机中的永磁体涡流损耗，关键是要降低其电枢磁场中的低次谐波分量。经国内外学者研究发现，通过对电机电枢绕组结构进行优化，采用四层绕组结构可以抑制电枢磁场中的低次谐波磁场幅值，降低永磁体涡流损耗，提高电机效率。

尽管通过有限元仿真软件可以证明采用四层绕组能够抑制分数槽永磁电机的电枢磁场谐波、降低永磁体涡流损耗，但由于该电机结构较复杂，采用有限元建模和仿真花费时间长，且其仿真结果无法直接反映磁场谐波与涡流损耗之间的关系，因此在工程应用中往往受到一定限制。相比于有限元法，解析方法的优点是计算快捷且能直接反映电机参数与计算结果之间的映射关系，因此也成为一种主流的分析电机性能的方法，子域模型法便是其中之一。该方法不仅可以充分考虑定子槽间的相互耦合情况，而且巧妙利用矩阵计算有效地将定子齿槽与转子磁极对磁场的作用反映出来，准确度较高，因而受到了广大电机研究人员的关注。然而基于子域模型法的永磁体涡流损耗建模较为复杂，现阶段仅有针对双层绕组结构永磁电机模型，还未涉及到四层绕组结构永磁电机。由于缺少有效的磁场解析计算方法，导致研究人员在对采用分数槽四层绕组结构的表贴式永磁电机进行特性分析及优化设计时受到了较大限制。

发明内容

为了克服四层绕组结构复杂，难以建立解析模型的问题，本发明提供了一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，拓展了子域模型的应用范围，获得了分数槽四层绕组表贴式永磁电机电枢反应场的分布和永磁体涡流损耗。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种分数槽四层绕组永磁电机永磁体涡流损耗计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)、将电机区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽口区域、槽身上层绕组区域及槽身下层绕组区域五个部分；

步骤(2)、确定槽身上层绕组区域和槽身下层绕组区域包含的两层绕组的电流密度函数；

步骤(3)、将槽身上层绕组区域和下层绕组区域的电流密度函数分别展开为傅里叶级数表达式；

步骤(4)、在极坐标系下，建立五个区域内的矢量磁位方程；

步骤(5)、施加永磁体磁极区域与气隙区域、气隙区域与定子槽口区域、定子槽口区域与槽身上层绕组区域、槽身上层绕组区域与下层绕组区域交界面的边界条件；

步骤(6)、根据所施加的边界条件确定五个区域的矢量磁位方程，获得永磁电机电枢反应磁场分布表达式；

步骤(7)、由永磁体区域的矢量磁位方程建立永磁体涡流损耗的解析模型，计算获得永磁电机总的涡流损耗和电枢反应场谐波造成的涡流损耗。