[发明专利]一种基于虚拟绕组的永磁电机气隙磁场谐波分离方法

说明书

本发明公开一种基于虚拟绕组的永磁电机气隙磁场谐波分离方法，采用有限元方法仿真计算出一个电周期内的气隙磁密，并对其作傅里叶分解，获得一个电周期内各极对数气隙磁场谐波分量的幅值，在气隙内设置一个虚拟绕组，虚拟绕组的跨距与电机的电枢绕组跨距一致，匝数和初始位置任意，计算出一个电周期内由虚拟绕组匝链不同极对数气隙磁场谐波产生的永磁磁链，对所述的永磁磁链作傅里叶分解，得出由n对极、不同转速气隙磁场谐波导致的不同频率的磁链谐波分量的幅值和相位，最后根据公式分离出气隙中相同极对数不同电速度的气隙磁场谐波，本发明能获得复杂气隙磁密中所有气隙磁场谐波含量，尤其是分离出具有相同极对数和不同转速的谐波分量。

技术领域

本发明属于电工电机领域，涉及一种永磁电机气隙磁场谐波分离方法，将复杂且难以预测的气隙磁场谐波定量表示。

背景技术

气隙磁场调制理论是当今电机电磁领域的研究热点，该理论将电机抽象为初始磁动势源、调制器和滤波器三要素的级联，将对电机输出特性的分析与设计转化为对气隙磁场谐波的分析与优化，从而实现电磁特性与永磁体等尺寸参数之间的解耦。然而，现有研究中关于气隙磁场谐波的分析大多处于定性分析阶段，大量相关研究仅针对极对数。目前，基于等效磁路法能对气隙磁场进行详细分析和计算，理论上可以计算出气隙磁场中所有谐波分量的幅值、相位和转速，但受齿槽效应、极间漏磁、曲率等因素的影响，该方法存在较大误差，气隙磁场谐波仍存在难于预测和计算等问题，进而影响了磁场调制型电机、磁齿轮的分析和设计精度。另一方面，虽然基于有限元方法可以得到比较精确的气隙磁密，并通过傅里叶分解获得转子不同位置时气隙磁场谐波的极对数、相位和幅值，但由于傅里叶分解方法的局限性，这一方案不能分离出具有相同极对数和不同转速的谐波分量。因而，如何更精确地对电机气隙磁场谐波进行分析，获得气隙磁场各极对数谐波的幅值、相位和转速等全面信息，并将其转化为可以定量分析的数学模型成为气隙磁场研究领域急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决气隙磁场谐波难以精确计算或无法分离的问题，提出了一种基于虚拟绕组的永磁电机气隙磁场谐波分离方法，分离出具有相同极对数和不同转速的谐波分量。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤1)：采用有限元方法仿真计算出一个电周期内的气隙磁密，并对其作傅里叶分解，获得一个电周期内各极对数气隙磁场谐波分量的幅值B_nmaxp和相位θ_np；

步骤2)：在气隙内设置一个虚拟绕组；

步骤3)：结合磁链解析计算公式计算出一个电周期内由虚拟绕组匝链不同极对数气隙磁场谐波产生的永磁磁链ψ_n(θ_np)；

步骤4)：对所述的永磁磁链ψ_n(θ_np)作傅里叶分解，得出由n对极、不同转速气隙磁场谐波导致的不同频率的磁链谐波分量的幅值ψ_jn和相位θ_jn，j为磁链谐波阶数；

步骤5)：根据式分离出气隙中相同极对数不同电速度的气隙磁场谐波，B_jnmax为气隙磁场谐波幅值，n为极对数，ω_nj为电速率，N_coil为虚拟绕组匝数，r_si和l_a分别为电机定子内径和轴长，θ为气隙圆周位置角，t为时间，θ_m1和θ_m2分别是虚拟绕组两线圈边的机械位置角度。

进一步地，步骤5)中，当所得的气隙磁场谐波为相同极对数、相同电速率但旋转方向相反的两种气隙磁场谐波时，将虚拟绕组旋转任意角度，重复步骤3)-5)分离出该两种气隙磁场谐波。

进一步地，步骤2)中，所述的虚拟绕组的跨距与电机的电枢绕组跨距一致，匝数和初始位置任意。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：