[发明专利]考虑磁密轴向分布的电机空载损耗与电磁转矩计算方法

摘要

本发明公开了一种考虑磁密轴向分布的电机空载损耗与电磁转矩计算方法，针对混合定子铁芯电机，将经典损耗计算中的磁密幅值由常数替换为沿轴向变化的磁密幅值分布函数，在定子四个典型位置处取测点仿真分析，得测点在各轴向位置点的磁密幅值，并将其与对应单一材质定子中的磁密幅值作差，获得磁密幅值差值并用最小二乘法拟合，从而得到磁密幅值分布函数，再把各测点的损耗密度函数乘以相应测点区域面积，在轴向进行积分，得到电机空载定子损耗；并在原有电磁转矩计算基础上，在电机气隙中等间距取若干轴向位置点，仿真得到对应的磁密幅值，通过轴向积分得到电磁转矩；本发明能够较为精确地计算混合定子铁芯电机的空载损耗和电磁转矩。

主权项

1.一种考虑磁密轴向分布的电机空载损耗与电磁转矩计算方法，所述计算方法是针对具有混合定子铁芯的电机，所述混合定子铁芯是由两种不同材质的铁芯段在轴向相互间隔叠压而成，将两种不同材质分别记为材质S和材质A，一一对应的铁芯段分别记为铁芯段S和铁芯段A，以单一材质S制成的铁芯记为铁芯S，以单一材质A制成的铁芯记为铁芯A；其特征是，针对所述具有混合定子铁芯的电机，按如下步骤计算获得电机定子空载损耗：步骤1：电机的基本铁耗P由式(1)表征：其中：P_h和P_e分别为电机的磁滞损耗和涡流损耗；K_h和K_e分别为磁滞损耗系数和涡流损耗系数；f为交变电流频率；B_m为磁密幅值；α为常系数；步骤2：针对电机中同时存在交变与旋转磁化，将基本铁耗P表达为式(2)：其中：B_xm为径向磁密幅值；B_ym为切向磁密幅值；步骤3：针对具有混合定子铁芯的电机，将由式(2)所表征的基本铁耗P按轴向位置l进行修正，获得由式(3)所表征的定子各测点损耗密度函数：P_i(l)＝K_hf(B_xmi(l)^α+B_ymi(l)^α)+K_ef²(B_xmi(l)²+B_ymi(l)²)   (3)其中：P_i(l)为测点i位置处沿轴向的损耗密度函数；B_xmi(l)为测点i位置处沿轴向的径向磁密幅值分布函数；B_ymi(l)为测点i位置处沿轴向的切向磁密幅值分布函数；以i表征测点，i＝a,b,c,d，是指所述测点i分别是定子中的齿顶测点a、齿中测点b、齿根测点c和齿轭测点d共四个测点；步骤4：将B_xmi(l)表达为式(4)：其中：B_A0xi是指铁芯A在测点i位置处的径向磁密幅值；B_S0xi是指铁芯S在测点i位置处的径向磁密幅值；F_Bxi(l)为在测点i位置处混合定子铁芯与对应的铁芯A或铁芯S之间的径向磁密幅值差值函数；通过仿真获得B_xmi(l)，B_A0xi和B_S0xi，利用式(4)获得径向磁密幅值差值函数F_Bxi(l)；按照同样的方式获得切向磁密幅值差值函数F_Byi(l)；步骤5：根据式(3)和式(4)计算获得定子各测点磁密损耗密度函数P_i(l)；最终由式(5)计算获得混合电机定子的空载损耗P₀：S_j为定子不同测量区域的面积；以j表征测量区域，j＝Ra,Rb,Rc,Rd，是指所述测量区域j分别是以齿顶测点a为中心的测量区域Ra、以齿中测点b为中心的测量区域Rb、以齿根测点c为中心的测量区域Rc和以齿轭测点d为中心的测量区域Rd共四个测量区域；针对所述具有混合定子铁芯的电机，按如下步骤计算获得电机电磁转矩：步骤a：电机的切向电磁力密度f_t由式(6)表征：其中：μ₀为空气磁导率；B_n为径向气隙磁密；B_t为切向气隙磁密；步骤b：电机的电磁转矩T_em是由切向力产生，由式(7)表征：其中：L_Fe为电机铁芯长度；r为气隙中的任意圆周半径；B_r和B_θ分别为气隙半径r处气隙磁密的径向和切向分量；θ为求解区域的机械弧度；则，针对具有混合定子铁芯的电机，由式(8)计算获得电机的电磁转矩T_mix：其中：B_rk和B_θk分别为在轴向l取第k个轴向位置点时气隙磁密的径向和切向分量。