[发明专利]一种复合转子高速永磁电机等效磁路模型构建方法

说明书

本发明公开了一种复合转子高速永磁电机等效磁路模型构建方法，对复合转子高速永磁电机的径向磁路分别进行计算，根据高速电机具有的特殊结构，考虑定子齿形状，划分气隙磁阻，考虑槽口影响，建立复合转子高速永磁电机等效磁模型，可以提高模型精度、建模速度和计算精度。考虑复合转子高速永磁电机中复合磁性材料在平铺和曲面铺覆时的磁路等效，可以简化磁路的计算模型，节省运行时间。基于广义磁路法，采用复合磁性材料与烧结永磁体共同提供磁激励，将复合转子高速永磁电机统一化建模，适用于多种极槽配合，可以避免反复构建电机模型，节省建模时间。

技术领域

本发明涉及高速永磁电机技术领域，尤其涉及一种复合转子高速永磁电机等效磁路模型构建方法。

背景技术

高速永磁电机在航空航天、飞轮储能等领域具有很广泛的应用背景，然而，高速永磁同步电机的转子温升和应力集中限制了其向大功率、高转速方向的发展。

为了充分发挥复合转子高速永磁电机的潜在优势，特别是应用在参数化优化方向，需要一种快速且精确的分析工具。用于评估电机的基本分析模型包括有限元分析模型、解析模型以及等效磁网络模型，这三种模型都可以应用于电机的建模与优化。有限元分析模型具有较高的精确度和建模灵活的特点，但求解速度较慢；解析模型求解速度较快，但对于复杂拓扑建模的难度较高，且求解精度较低；等效磁网络模型实现了解析模型的求解速度和有限元分析模型的求解精度的平衡。

针对多层复合磁性材料，需要进行多层复合等效，并将复合磁性材料与烧结永磁体磁激励串联。由于高速电机气隙较大，齿顶形状影响气隙磁密严重，因此，需要构建复合转子高速永磁电机等效磁网络。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合转子高速永磁电机等效磁路模型构建方法，用以解决齿顶形状影响气隙磁密的问题。

本发明提供的一种复合转子高速永磁电机等效磁路模型构建方法，包括如下步骤：

S1：将定子轭部沿各定子齿部的中心线划分为多段，计算划分后的各定子轭部段的磁阻；

S2：每个定子齿部的顶端为齿部顶端，每个定子齿部除顶端外的其余部分为中间齿部，将每个定子齿部中的齿部顶端划分为左部齿顶、中部齿顶和右部齿顶，计算各定子齿部中的中间齿部、左部齿顶、中部齿顶和右部齿顶的磁阻，并计算相邻两个定子齿部的顶端间的漏磁磁阻；

S3：将气隙沿各槽口的中心线划分为多段，对应于每个定子齿部的齿部顶端，将每个气隙段划分为一个左部齿顶对应气隙、一个中部齿顶对应气隙、一个右部齿顶对应气隙和两个槽口对应气隙，计算各左部齿顶对应气隙、各中部齿顶对应气隙、各右部齿顶对应气隙和各槽口对应气隙的磁阻；

S4：将复合磁性材料进行曲面等效，将复合磁性材料沿各槽口的中心线划分为多段，计算各复合磁性材料段的剩磁和磁阻；将烧结永磁体的极间与槽口的中心线对齐，将每块瓦形烧结永磁体沿槽口的中心线划分为多段，复合磁性材料段、烧结永磁体段、定子齿部径向对应，计算各烧结永磁体段的磁通和磁阻；将每个复合磁性材料段与径向对应的烧结永磁体段串联复合，计算串联复合后的磁通和磁阻；

S5：将转轴沿各定子齿部的中心线划分为多段转子轭部，计算各转子轭部的磁阻；

S6：计算步骤S1~S5中各磁阻的磁导，根据计算的各磁导建立复合转子高速永磁电机等效磁路模型。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述复合转子高速永磁电机等效磁路模型构建方法中，步骤S2中，每个定子齿部中，中部齿顶的磁阻为：

(1)

每个定子齿部中，左部齿顶的磁阻R_tl和右部齿顶的磁阻R_tr为：

(2)