[发明专利]一种计及时空谐波条件的高速永磁电机永磁体损耗补偿方法及系统

权利要求书

1.一种计及时空谐波条件的高速永磁电机永磁体损耗补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、以变频电源供电的高速永磁电机为研究对象，通过对变频电源供电的高速永磁电机输入相电流进行傅里叶分析，获取各次谐波下电流激励；

在S1中，各次谐波下电流激励计算方法如公式(1)所示：

式中，I(t)为电机输入相电流，I_k(t)为电机相电流傅里叶分解后的k次相电流，I_k与分别为电机输入电流的k次谐波幅值和相位，f₁是基波频率，t表示为时间，n表示为谐波次数；

S2、建立高速永磁电机二维有限元模型并进行仿真，采用各次谐波下电流激励作为输入电源信号，根据欧姆定律和有限元模型思想，分别获取忽略涡流非轴向路径的第k次谐波激励下永磁体涡流损耗；

在S2中，第k次谐波激励下永磁体涡流损耗计算方法如公式(3)所示：

式中，P_2Dk是第k次谐波激励下二维有限元法计算的永磁体涡流损耗；ρ是永磁体的电阻率；S_Δek是k次谐波激励下的第e个剖分元素的面积；J_iek是第k次谐波条件下的第e个剖分元素面的i次计算步长的轴向电流密度；L是电机永磁体轴向有效长度；E是二维有限元剖分的元素个数；M是计算步数；

S3、以二维有限元法计算实心转子涡流损耗模型为基础，对实心表贴式永磁体涡流进行建模，根据非轴向路径的等效长度和集肤效应系数，假设涡流非轴向等效路径长度在永磁体内外圆周的中心线上变化，计算第k次谐波下的涡流非轴向等效路径长度；

在S3中，第k次谐波下的涡流非轴向等效路径长度计算方法如公式(4)所示：

τ_eqk＝τ[1-0.5(K_c(kf))^a] (4)

式中，τ_eqk为k次谐波激励下考虑磁通集肤效应的涡流非轴向等效长度；f是基波频率；K_c(kf)为第k次谐波频率下的磁通集肤系数；a为拟合系数；α为永磁体弧度；R_i为永磁体内半径；R_o为永磁体外半径；μ是永磁体磁导率；σ是永磁体电导率；L为永磁体轴向长度；sinh、sin、cosh、cos分别为数学函数；χ表示为与材料属性相关的系数；τ表示为永磁体的平均弧长；

S4、根据涡流流通路径，考虑涡流非轴向路径的损耗，将S3计算得出的涡流非轴向等效路径长度考虑到S2得到的二维有限元涡流损耗模型中，获取第k次谐波激励下补偿后的永磁体涡流损耗；

S5、按照S4操作计算得到各次谐波激励下补偿后的永磁体涡流损耗，将各次谐波激励下补偿后的永磁体涡流损耗进行叠加，获取最终的计及各谐波条件下表贴式高速永磁电机永磁体涡流损耗。

2.根据权利要求1所述的计及时空谐波条件的高速永磁电机永磁体损耗补偿方法，其特征在于，根据永磁体的形状以及高频集肤效应的影响对涡流回路的电阻进行补偿。

3.根据权利要求1所述的计及时空谐波条件的高速永磁电机永磁体损耗补偿方法，其特征在于，在第k次谐波下的涡流非轴向等效路径长度的计算方法中，磁场变化频率越高，涡流集肤效应越显著，涡流非轴向等效路径越大。

4.根据权利要求1所述的计及时空谐波条件的高速永磁电机永磁体损耗补偿方法，其特征在于，在S4中，第k次谐波激励下的计及涡流非轴向路径的二维有限元涡流损耗模型，补偿后的永磁体涡流损耗P_Ek计算公式如公式(8)所示：

式中，P_Ek是第k次谐波激励下补偿后的永磁体涡流损耗。