[发明专利]基于等效磁路法的永磁球形电机齿槽转矩分析方法

权利要求书

1.一种基于等效磁路法的永磁球形电机齿槽转矩分析方法，包括下列步骤：

第一步：计算单根磁通管产生的气隙磁密：根据单极多齿永磁球形电机结构，采用离散化数值分析法建立永磁球形电机齿槽转矩模型，不考虑定子绕组，选取永磁体作为永磁球形电机的唯一磁动势源，将磁极按照球坐标进行离散划分，按照经度θ方向将磁极所占球坐标夹角θ1分为N_i份，按照纬度方向将2π分为N_j份，计算各根磁通管初始球坐标为：

其中r_r为磁极半径，R_r为转子磁极外径，为磁通管初始球坐标，(x₀,y₀,z₀)为磁通管初始直角坐标，下标i，j为磁通管标号，N⁺表示正整数，设定永磁体上磁力线分布均匀，根据磁通管流入位置不同，将其分为四种情况：第一种为磁通管流入定子铁齿侧边，此时磁通管产生侧边力；第二种为磁通管流入定子轭部，此时磁通管不产生侧边力；第三种为磁通管流入定子齿底部，此时磁通管不产生侧边力；第四种为磁通管流入转子球，此时磁通管不产生侧边力；由以上四种情况求得不同位置磁通管的路径长度，在此基础上求得气隙磁密B为其中μ为气隙磁导率，w为气隙中磁通路径长度，H为磁场强度，l_pm为磁极高度；

第二步：计算磁通管对定子齿产生的齿槽转矩：由于磁通管流入定子铁齿侧边才产生侧边力及齿槽转矩，计算该种情况下的齿槽转矩，首先由侧边力法计算单根磁通管产生的侧边力F为：其中△S为磁通管射出磁极球面的微元面积；

其次根据磁通管流入定子齿侧边的位置求得该根磁通管产生齿槽转矩的力臂R：其中R_s表示定子齿内径，r_s为定子圆柱体半径，t为磁通管出射点与入射点在定子齿底部球面上的投影长度；

最后求得磁通管作用在定子齿上产生的齿槽转矩T＝F×R，将其沿直角坐标系分解得到转矩分量分别为：

其中Fx、Fy、Fz分别为侧边力在直角坐标系下的分量，Rx、Ry、Rz分别为力臂在直角坐标系下的分量，磁通管入射点球坐标为磁通管出射点球坐标为定子齿球坐标为∠AOB为磁通管出射线与定子齿中心线间的夹角；

第三步：单一磁极对定子齿产生的齿槽转矩：由磁通管球坐标计算出磁通管产生的齿槽转矩，将其进行矢量叠加，得到单一磁极定子齿产生的齿槽转矩；

第四步：所有磁极对定子齿产生的齿槽转矩：根据永磁球形电机中各个磁极初始位置计算各个磁极对定子齿产生的齿槽转矩，再将其进行矢量叠加得到整个定子结构受到的齿槽转矩：

其中，T_ck为第k个磁极对定子齿的齿槽转矩，T_cog为转子整体产生的齿槽转矩,n为转子磁极个数，用欧拉旋转变化表达球形电机转子旋转变化，转子磁极位置随之变化，求得球形电机转子位于任意位置时的齿槽转矩。