[发明专利]一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法

说明书

本发明涉及一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法。包括：S1、在柱坐标系下分别建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域、气隙域和定子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程；S2、求解电机平均半径圆柱面电磁场的矢量磁位以及轴向和切向磁通密度；S3、基于自适应收敛迭代算法对定转子齿部材料的磁导率进行迭代计算，得到考虑磁饱和效应的电机平均半径圆柱面电磁场磁通密度；S4、基于径向修正函数，将电机平均半径圆柱面的电磁场磁通密度解析解拓展求得电机三维空间内的任意一点的轴向与切向磁通密度。与现有技术相比，本发明可以快速而准确地计算考虑磁饱和效应和边缘效应的轴向开关磁阻电机非线性电磁场特性。

技术领域

本发明涉及轴向开关磁阻电机优化设计技术领域，尤其是涉及一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法。

背景技术

轴向开关磁阻电机结合了开关磁阻电机和轴向磁通电机的优点，具有转矩密度高、性能稳定、结构简单以及成本低等特点，在电动汽车、飞机、矿山机械等领域具有广阔的应用前景。但是轴向开关磁阻电机固有的高转矩脉动和噪声的缺点限制了该款电机的广泛应用。因此，在设计过程中对这些电机的性能进行预测和优化是十分必要的，而电机磁场解析计算是设计的前提与基础。与耗时较长的三维有限元方法相比，采用解析计算模型对电机性能进行预测和参数化研究更加方便、快捷。

目前电机气隙磁场解析计算的方法主要有等效磁路法和解麦克斯韦电磁场控制方程方法。一方面，等效磁路法通过磁动势与磁导率相乘可以考虑材料的磁饱和效应，但是无法计算电磁场的切向磁通密度。而轴向开关磁阻电机的槽口宽度相对较大，定转子齿隙存在严重的漏磁现象，因此在进行轴向开关磁阻电机电磁场解析分析时不可以忽略切向磁通密度。另一方面，基于解麦克斯韦电磁场控制方程的解析计算法虽然可以求解切向磁通密度，但目前关于该方法的研究大多针对径向磁通电机，并且通常假设定转子齿部的磁导率为无穷大，即忽略了定转子齿部的电磁饱和效应。而与径向磁通电机相比，轴向开关磁阻电机电磁场边缘效应更为显著。同时轴向开关磁阻电机的工作原理决定了其定转子齿部通常处于磁饱和状态的特性。目前，由于缺少有效考虑磁饱和效应和边缘效应的轴向开关磁阻电机电磁场解析计算方法，科研人员在对轴向开关磁阻电机的电磁振动噪声以及转矩脉动分析优化设计时举步维艰。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法及电机优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轴向开关磁阻电机电磁场解析方法，该方法包括：

S1、在柱坐标系下，分别建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域、气隙域和定子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程；

S2、设定电机定转子齿部材料的磁导率初值，根据磁场边界条件求解电机平均半径圆柱面电磁场的矢量磁位以及轴向和切向磁通密度；

S3、基于自适应收敛迭代算法对定转子齿部材料的磁导率进行迭代计算，使定转子齿部材料的磁导率接近磁饱和状态下的真实值，得到考虑磁饱和效应的电机平均半径圆柱面电磁场磁通密度；

S4、针对定转子齿具有径向边缘的轴向开关磁阻电机，基于径向修正函数，将电机平均半径圆柱面的电磁场磁通密度解析解拓展求得电机三维空间内的任意一点的轴向与切向磁通密度。

优选地，步骤S1包括以下步骤：

S11、建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的转子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程：

S12、建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的气隙域的矢量磁位复式傅里叶系数方程：

S13、建立轴向开关磁阻电机平均半径圆柱面电磁场的定子齿槽域的矢量磁位复式傅里叶系数方程：