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(jì)領(lǐng)域，具體針對(duì)分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)永磁體的 優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)的合理性和調(diào)整磁路設(shè)計(jì)，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(jià)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(shí)，其退磁曲線的下半部分要發(fā)生彎曲。因此，在設(shè)計(jì)永 磁電機(jī)時(shí)，需對(duì)永磁體的工作點(diǎn)校核，并用以檢查永磁電機(jī)設(shè)計(jì)的合理性和調(diào)整磁路設(shè)計(jì)。 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(dòng)勢(shì)和回復(fù)磁導(dǎo)率，空載工作點(diǎn)的求解常采用對(duì)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(shí)，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(shí)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(shí)需要 大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線，并引入了大量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)等，對(duì)于無豐富經(jīng)驗(yàn)的永磁電機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)永磁體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)的合理性、調(diào)整磁 路設(shè)計(jì)，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(dòng)勢(shì)和磁通分別等于外磁路上的磁動(dòng)勢(shì)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(jì) 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(zhǎng)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(chǎng)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(jì)算永磁體空載工作點(diǎn)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果：對(duì)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(shì)和制作樣機(jī)實(shí)測(cè)反電勢(shì)誤差在5 %以內(nèi)。無需引入大量 的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)于無豐富經(jīng)驗(yàn)的永磁電機(jī)設(shè)計(jì)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(chǎng)強(qiáng) 度等參數(shù)非線性對(duì)永磁體工作點(diǎn)的影響。在電機(jī)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)功能方便快捷的分析電 機(jī)參數(shù)和結(jié)構(gòu)變化對(duì)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(jì)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(shí)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(shí)例，并參照附 圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016] 本發(fā)明的目的：針對(duì)分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)永磁體的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)的合理性調(diào)整磁路 設(shè)計(jì)，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(yàn)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(jiǎn)單計(jì)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(chǎng) 強(qiáng)度等參數(shù)的非線性對(duì)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(zhǎng)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(chǎng)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(jiǎn)單的計(jì)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(shí)現(xiàn)步驟為：
[0021] 步驟一，建立AnsoftMaxwell2D永磁電機(jī)模型，利用Magnetostatic求