[发明专利]一种双永磁游标电机数学调制模型及磁场解析方法

说明书

本发明公开一种双永磁游标电机数学调制模型及磁场解析方法。首先根据需分析的双永磁游标电机对象建立定子与转子调制算子数学模型；接着根据永磁体及电枢绕组位置及尺寸参数分别建立初始定子永磁磁动势、初始转子永磁磁动势和初始电枢磁动势的等效方波数学模型；其次，依据各部分的调制关系，将每个初始磁动势与相应参与作用的一个或多个调制算子相乘，求解出各部分在气隙中的实际磁动势分量；此时气隙已等效换算为均匀气隙，然后根据气隙实际磁动势，得到各部分在气隙中的磁场分量，实现对电机的磁场解析；最后将数学调制模型解析出的磁场与有限元软件进行对比，验证了本发明的可行性。本发明不依赖于仿真软件，计算分析方便、灵活、快捷。

技术领域

本发明涉及一种双永磁游标电机数学调制模型及磁场解析方法，属于电机的数学建模与电磁场解析计算领域。

背景技术

双永磁游标电机的定子及转子上均有永磁体分布，在保证电机大小相同时拥有比普通永磁游标电机更高的转矩密度，适用于风力发电、油田开采、雷达转台等低速大转矩的应用场合。然而，由于其独特的双边励磁结构以及双向磁场调制效应，双永磁游标电机拥有比普通永磁游标电机更复杂的调制关系以及更丰富的谐波含量，带来了建模及分析上的困难。

目前，针对双永磁游标电机等磁场调制型电机的分析手段主要依赖ANSYSMaxwell、JMAG等国外开发的有限元(Finite Element Method,FEM)软件。FEM软件采用自动网格剖分的原理，对整个问题区域进行分解，使得每个子区域都成为简单的部分再进行求解，不仅计算精度高，且能适应复杂的形状，广泛应用于电机设计领域。然而，FEM软件求解消耗时间较长，且很难揭示该类电机的运行机理，不利于对电机的深入学习及分析。中国专利公开号为CN 108595772A、名称为“一种定转子双永磁游标电机的2D磁路剖分建模方法”的文献中公开了一种采用等效磁网络来进行磁路剖分的双永磁游标电机建模及分析方法，该方法计算简单，且通过较短的耗时来提高设计效率。但是，该方法仍需要借助MATLAB等软件进行迭代计算，当电机模型发生变化时，需重新建模分析，较为麻烦，且依然不能从原理上揭示该类电机的电磁场作用机理。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双永磁游标电机数学调制模型及磁场解析方法，通过数学公式表征电机机械结构及电磁场模型，无需依赖仿真软件进行分析，当电机尺寸参数发生改变时能够灵活调整，且能从原理上阐述该类电机的电磁场作用机理。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：所选用的双永磁游标电机示例为定子12槽/定子永磁体12极/转子永磁体19极，包括定子铁芯、定子永磁体、转子铁芯、转子永磁体、定子绕组、气隙六个部分；定子铁芯包含12个分裂齿，每个分裂齿分裂为2个小齿，参与调制；定子12块连续极永磁体分别表嵌在每个分裂齿所产生的槽口；转子铁芯包含19个凸极，参与调制；转子19块连续极永磁体分别表嵌在凸极产生的槽口内；定子电枢绕组采用分数槽集中绕组；气隙位于定子与转子中间，气隙厚度为0.7mm。

进一步地，根据电机定子与转子结构的尺寸参数，分别建立定子永磁体槽调制算子、定子绕组槽调制算子和转子永磁体槽调制算子数学模型；调制算子满足线性率，定子调制算子为定子绕组槽调制算子与定子永磁体槽调制算子的线性相乘，转子调制算子即转子永磁体槽调制算子；调制算子为取值为0-1之间的数学函数，表征各槽口处磁动势的降落，使得由定子分裂齿及转子凸极所引起的不均匀气隙等效为均匀气隙。

进一步地，根据定转子永磁体参数，分别建立初始定子永磁磁动势与初始转子永磁磁动势模型，为方便建模，初始磁动势可简化等效为方波。

进一步地，根据定子电枢三相绕组位置分布，将每相初始磁动势进行叠加，建立初始电枢磁动势模型，为方便建模，初始电枢磁动势可简化等效为方波，并分解为正转分量以及反转分量。