[发明专利]一种永磁电机弱磁范围的设计方法

权利要求书

1.一种永磁电机弱磁范围的设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤A.基于在电流复平面上永磁电机的电压与转矩稳态方程，建立异于传统弱磁方法的新型电流矢量路径；所述新型电流矢量路径具体为：

在不记及磁场饱和的前提下，表面磁极式永磁电机的直、交轴电感相等，则弱磁范围内电压U₀满足的稳态方程表示为(1)，转矩T_e满足的方程表示为(2)；

其中：i_q表示电流q轴分量，i_d表示电流d轴分量，L_s表示主相电感，ψ_f表示磁链，w表示角频率，P_N表示额定功率，p表示极对数；

由式(1)与(2)可知，U₀、T_e均与角频率w为反相关关系，同时电流矢量路径为U₀、T_e所满足方程的交点，从而得到新型电流矢量路径；

其中：表示为最大相电流的平方；

步骤B.新型电流矢量路径中矢量路径线段是基于电压稳态方程建立的，特点在于该线段所在直线经过w_e对应的电压圆，w_e为弱磁得到的最大角频率，同时过电流圆圆心作电压圆的切线恰好经过新型电流矢量路径线段与电压圆的交点，即该交点也是切点，根据垂直关系，得到磁链满足的几何等式，再联立电压U₀与转矩T_e的稳态方程，推导出电机弱磁范围与磁链的关系式，从而根据弱磁范围，便能得知所设计电机磁链的大小，再根据电机尺寸与磁链的关系，便能进行电机设计；

步骤C.根据步骤B中的磁链值，再利用磁路法便可确定电机的主要尺寸：定子内径、轴向长度、每项串联匝数、永磁体厚度、气隙长度；

步骤D.根据电机主要尺寸对电机进行有限元建模，验证弱磁范围是否满足设计要求，若满足要求，则确定最终设计方案；若不满足要求，则执行步骤C。

2.根据权利要求1所述的一种永磁电机弱磁范围的设计方法，其特征在于：步骤B中，所述电压U₀与转矩T_e的稳态方程为：式(1)和式(2)；

推导电机弱磁范围与磁链的关系式为：

在新型电流矢量路径中根据线段与矢量相垂直关系，得到磁链满足的几何等式(4)，并联立电压与转矩的稳态方程，得到弱磁范围与磁链ψ_f满足的关系式(5)；

其中：w_e表示弱磁得到的最大角频率，w_b表示为额定转速对应的角频率，表示相电压，f(w_e,w_b)表示为与w_e及w_b有关的函数。

3.根据权利要求1所述的一种永磁电机弱磁范围的设计方法，其特征在于：步骤C中，所述磁路法确定电机主要尺寸为：

根据所求出的磁链值，再通过经典磁路法中磁链、功率与气隙磁密所满足的表达式如下式(6)至(8)，即可得到电机的主要尺寸包括轴向长度l_eff、定子内径r_g、串联匝数N、气隙长度δ、永磁体厚度h_m；

ψ_f＝K_fr_gl_effNB_δ (6)

P_em＝KB_δ(2r_g)²l_effA (7)

其中，B_δ表示气隙磁密、A表示电负荷、K_f、K均为常数、H_c表示永磁体矫顽力、u_r表示相对磁导率、u₀表示空气磁导率、P_em表示电磁功率。

4.根据权利要求1所述的一种永磁电机弱磁范围的设计方法，其特征在于：步骤D中，利用有限元建模进行电机弱磁范围的验证具体为：

根据得到的电机主要尺寸，进行有限元建模，并判断弱磁范围是否满足要求；若满足要求，即确定最终方案；若不满足要求，需要对电机的主要尺寸进行调整，即执行步骤C。