基于Ansoft Maxwell求取永磁體空載工作點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域,具體針對分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)永磁體的 優(yōu)化設(shè)計,提出一種基于AnsoftMaxwell求取永磁體空載工作點(diǎn)的方法,用以檢查永磁電 機(jī)設(shè)計的合理性和調(diào)整磁路設(shè)計,為進(jìn)一步求取負(fù)載工作點(diǎn)和最大去磁工作點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁電機(jī)常用的永磁材料有鋁鎳鈷、鐵氧體、稀土鈷和釹鐵硼。釹鐵硼永磁材料由 于資源豐富、價格便宜且具有高剩磁、高矯頑力、高磁能積等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)和民用的永磁電 機(jī)中被廣泛應(yīng)用。但釹鐵硼永磁材料居里溫度較低,溫度系數(shù)較高,磁性能穩(wěn)定性較差,一 般的釹鐵硼永磁材料在高溫下使用時,其退磁曲線的下半部分要發(fā)生彎曲。因此,在設(shè)計永 磁電機(jī)時,需對永磁體的工作點(diǎn)校核,并用以檢查永磁電機(jī)設(shè)計的合理性和調(diào)整磁路設(shè)計。 為避免發(fā)生不可逆退磁,保證永磁電機(jī)的可靠性,還需校核永磁體的最大去磁工作點(diǎn)。
[0003] 現(xiàn)在常用的求取永磁體工作點(diǎn)的方法有工作圖法和解析法。工作圖法需先確定最 大去磁磁動勢和回復(fù)磁導(dǎo)率,空載工作點(diǎn)的求解常采用對分法迭代求解非線性方程組,當(dāng) 迭代點(diǎn)滿足一定精度時,則認(rèn)為求解成功。解析法在磁路不飽和或飽和程度不高時認(rèn)為主 磁導(dǎo)、漏磁到為常數(shù),通過求取永磁電機(jī)的等效磁路得到永磁體工作點(diǎn)。由于磁路法復(fù)雜性 和飽和性,求取永磁體工作點(diǎn)的關(guān)鍵參數(shù)通常無法準(zhǔn)確求解,在得到這些關(guān)鍵參數(shù)時需要 大量的實驗數(shù)據(jù)和曲線,并引入了大量的經(jīng)驗系數(shù)等,對于無豐富經(jīng)驗的永磁電機(jī)設(shè)計研 發(fā)人員求取永磁體工作點(diǎn)有一定難度。本發(fā)明提出一種基于AnsoftMaxwell求取永磁體 空載工作點(diǎn)的方法,為進(jìn)一步求取負(fù)載工作點(diǎn)和最大去磁工作點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是針對分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)永磁體的優(yōu)化設(shè)計,提出一種基于 AnsoftMaxwell求取永磁體空載工作點(diǎn)的方法。用以檢查永磁電機(jī)設(shè)計的合理性、調(diào)整磁 路設(shè)計,為進(jìn)一步求取負(fù)載工作點(diǎn)和最大去磁工作點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。在永磁電機(jī)中永磁體向外 磁路提供的磁動勢和磁通分別等于外磁路上的磁動勢和磁通,永磁體工作點(diǎn)取決于永磁體 的特性和外磁路的特性。永磁體的特性由矯頑力和剩磁密度描述,外磁路的特性由磁位差 和氣隙磁密描述。因此,求取永磁體空載工作點(diǎn)的原理是根據(jù)永磁體的特性求取磁導(dǎo)基值, 根據(jù)外磁路的尺寸和材質(zhì)的磁化特性求取外磁路漏磁系數(shù)、氣隙磁密和各段的磁位差,計 算外磁路總磁導(dǎo),即可求取永磁體的空載工作點(diǎn)。
[0005] 為達(dá)此目的,本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0006] 第一步,建立AnsoftMaxwell2D永磁電機(jī)模型,利用Magnetostatic求解器完成 求解;
[0007] 第二步,在一磁極下畫弧線,弧長等于極距。求取弧線上的氣隙磁密,用線積分求 得每極磁通;
[0008] 第三步,根據(jù)磁力線走向在氣隙、定子齒和軛部、轉(zhuǎn)子軛部畫線,分別求每段各點(diǎn) 的磁場強(qiáng)度Hi,用線積分求得每段的磁位差;
[0009] 第四步,磁矢位法求取極間漏磁;
[0010] 第五步,建立電機(jī)AnsoftMaxwell2D端部模型,利用Magnetostatic求解器完成 求解。磁矢位法求取端部漏磁。進(jìn)而求得空載漏磁系數(shù);
[0011] 第六步,計算永磁體空載工作點(diǎn)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果:對比傳統(tǒng)的迭代求取永磁體空載工作點(diǎn)的方法,本方法省去 了繁瑣的迭代過程,可一次精確的求取永磁體工作點(diǎn)。通過積分法和工作點(diǎn)法求取的氣隙 磁密誤差在1 %以內(nèi),求取的反電勢和制作樣機(jī)實測反電勢誤差在5 %以內(nèi)。無需引入大量 的經(jīng)驗系數(shù),對于無豐富經(jīng)驗的永磁電機(jī)設(shè)計研發(fā)人員更易于理解和操作。通常永磁電機(jī) 的磁路復(fù)雜、飽和程度不同,本方法可分析不同磁路飽和情況下,漏磁系數(shù)、磁密和磁場強(qiáng) 度等參數(shù)非線性對永磁體工作點(diǎn)的影響。在電機(jī)設(shè)計初期,電機(jī)的幾何尺寸、繞組匝數(shù)線規(guī) 等參數(shù)是無法準(zhǔn)確的給出的,總是經(jīng)過反復(fù)計算、多方案的比較之后才能將其主要尺寸定 下。本方法可利用AnsoftMaxwell強(qiáng)大的參數(shù)化分析和優(yōu)化設(shè)計功能方便快捷的分析電 機(jī)參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化對漏磁系數(shù)、氣隙磁密和磁通、永磁體工作點(diǎn)等的影響,為方案確定和優(yōu) 化設(shè)計提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0013] 圖1永磁電機(jī)1/4截面圖;
[0014] 圖2永磁電機(jī)1/2端部模型。
【具體實施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,下面結(jié)合具體實例,并參照附 圖,對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016] 本發(fā)明的目的:針對分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)永磁體的優(yōu)化設(shè)計,提出一種基于 AnsoftMaxwell求取永磁體空載工作點(diǎn)的方法。用以檢查永磁電機(jī)設(shè)計的合理性調(diào)整磁路 設(shè)計,為進(jìn)一步求取負(fù)載工作點(diǎn)和最大去磁工作點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。其無需繁瑣的迭代過程和大 量的經(jīng)驗系數(shù),利用AnsoftMaxwell強(qiáng)大的后處理功能得到關(guān)鍵數(shù)據(jù),經(jīng)簡單計算即可完 成永磁體空載工作點(diǎn)的求取,且可分析不同磁路結(jié)構(gòu)和飽和情況下,漏磁系數(shù)、磁密和磁場 強(qiáng)度等參數(shù)的非線性對永磁體工作點(diǎn)的影響。
[0017] 本發(fā)明的基本思路:建立AnsoftMaxwell2D永磁電機(jī)模型,利用Magnetostatic 求解器完成求解。在一磁極下畫弧長等于極距弧線,求取弧線上的氣隙磁密,用線積分法求 得每極磁通。根據(jù)磁力線走向在氣隙、定子齒和軛部、轉(zhuǎn)子軛部畫線,分別求每段弧線各點(diǎn) 的磁場強(qiáng)度氏,用線積分求得每段的磁位差。在同一模型中用磁矢位法求取極間漏磁。建 立電機(jī)AnsoftMaxwell2D端部模型,利用Magnetostatic求解器完成求解。磁矢位法求 取端部漏磁,進(jìn)而求取空載漏磁系數(shù)。經(jīng)簡單的計算即可求取永磁體空載工作點(diǎn)。
[0018] 附圖1為永磁電機(jī)1/4截面圖;
[0019] 附圖2為永磁電機(jī)1/2端部模型。
[0020] 進(jìn)一步,具體實現(xiàn)步驟為:
[0021] 步驟一,建立AnsoftMaxwell2D永磁電機(jī)模型,利用Magnetostatic求