一种交替极磁通反向电机及其解析建模方法

本发明涉及电机领域，具体是一种交替极磁通反向电机及其解析建模方法。

背景技术：

1、近年来，一种新型的永磁无刷电机(即定子-永磁电机)引起了人们的极大兴趣。磁通反向永磁电机作为定子永磁电机的一个典型代表，基本拓扑结构是在每个定子齿部面向气隙侧的表面安装有两块充磁方向相反的永磁体，其结构与传统的转子表贴式永磁电机类似，永磁体都置于气隙之中。但与转子表贴式结构相比，由于其永磁体安装在定子侧，无需复杂的工艺和措施去固定永磁体，可以显著减小电机气隙的有效长度，提高功率密度。为了降低成本，减少永磁体的使用量，交替极磁通反向电机受到了诸多研究，但现有的交替极磁通反向电机仍然存在平均电磁转矩不理想的问题。本发明在交替极磁通反向电机的研究基础上，改变同一定子齿上永磁体的数量及排布，进而优化电机的性能。

技术实现思路

1、本发明提供了一种交替极磁通反向电机及其解析建模方法，以解决现有技术交替极磁通反向电机存在的平均电磁转矩不理想的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种交替极磁通反向电机，包括转子以及环套于转子外的定子，所述定子的内壁具有多个沿定子环向分布的定子齿，环向相邻的定子齿之间具有定子槽，所述定子槽的槽口是连通所述定子、转子之间的气隙，每个定子槽槽口对应的逆时针方向上的定子齿侧边位置、顺时针方向上的定子齿侧边位置分别各自设有边磁磁极，每个定子齿各自两个边磁磁极之间中间位置设有中心磁极；所述中心磁极的磁化方式为径向磁化，每个定子槽槽口逆时针方向上的边磁磁极的磁化角为该边磁磁极磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角，每个定子槽槽口顺时针方向上的边磁磁极的磁化角为该边磁磁极磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角。

4、进一步的，所述边磁磁极与定子槽槽口的排布结构为，每个定子槽槽口对应的逆时针、顺时针方向的边磁磁极关于该定子槽槽口的几何中心对称。

5、进一步的，每个定子槽槽口对应的逆时针方向、顺时针方向的边磁磁极具有对称的磁化角。

6、一种上述交替极磁通反向电机的解析建模方法，包括以下步骤：

7、步骤1、采用精确子域模型法，将电机求解域划分为定子槽子域、定子槽口子域、边磁磁极子域、中心磁极子域、气隙子域和转子槽子域；

8、步骤2、获得二维平面下步骤1中划分的各个子域的矢量磁位a的通解表达式；

9、步骤3、利用各个子域之间的边界条件，建立矩阵方程求解步骤2得到的各子域矢量磁位a的通解表达式中的直流分量和谐波分量系数；

10、步骤4、基于步骤3得到的各子域的直流分量和谐波分量系数，求得电机的气隙磁密和电磁转矩。

11、进一步的，步骤1各子域的划分中，定子槽口子域只包括磁极外半径和定子槽内半径之间的空气区域，将处于定子内半径与磁极外半径之间的空气区域和定子槽口两侧的边磁磁极均划分为边磁磁极子域，便于子域内边界条件的列写和矢量磁位的求解。

12、进一步的，步骤2中，基于麦克斯韦方程组的安培环路定律和高斯定律，对步骤1得到各子域的矢量磁位a的z方向分量分别建立偏微分方程，然后基于建立的偏微分方程和边界条件推得二维平面下各子域的矢量磁位a的通解表达式。

13、本发明提出了一种新的交替极磁通反向电机结构，同传统交替极磁通反向电机相比，在保证永磁体用量相同的条件下，本发明平均电磁转矩有明显提升。同时本发明提出了新的交替极磁通反向电机的解析建模方法，使用精确子域模型对其进行建模分析，提高了计算的精度，能够准确得到电机的气隙磁密和电磁转矩。

技术特征：

1.一种交替极磁通反向电机，包括转子以及环套于转子外的定子，所述定子的内壁具有多个沿定子环向分布的定子齿，环向相邻的定子齿之间具有定子槽，所述定子槽的槽口是连通所述定子、转子之间的气隙，其特征在于，每个定子槽槽口对应的逆时针方向上的定子齿侧边位置、顺时针方向上的定子齿侧边位置分别各自设有边磁磁极，每个定子齿各自两个边磁磁极之间中间位置设有中心磁极；所述中心磁极的磁化方式为径向磁化，每个定子槽槽口逆时针方向上的边磁磁极的磁化角为该边磁磁极磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角，每个定子槽槽口顺时针方向上的边磁磁极的磁化角为该边磁磁极磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种交替极磁通反向电机，其特征在于，所述边磁磁极与定子槽槽口的排布结构为，每个定子槽槽口对应的逆时针、顺时针方向的边磁磁极关于该定子槽槽口的几何中心对称。

3.根据权利要求1所述的一种交替极磁通反向电机，其特征在于，每个定子槽槽口对应的逆时针方向、顺时针方向的边磁磁极具有对称的磁化角。

4.一种权利要求1-3中任意一项所述交替极磁通反向电机的解析建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的交替极磁通反向电机的解析建模方法，其特征在于，步骤1各子域的划分中，定子槽口子域只包括磁极外半径和定子槽内半径之间的空气区域，将处于定子内半径与磁极外半径之间的空气区域和定子槽口两侧的边磁磁极均划分为边磁磁极子域，便于子域内边界条件的列写和矢量磁位的求解。

6.根据权利要求4所述的交替极磁通反向电机的解析建模方法，其特征在于，步骤2中，基于麦克斯韦方程组的安培环路定律和高斯定律，对步骤1得到各子域的矢量磁位a的z方向分量分别建立偏微分方程，然后基于建立的偏微分方程和边界条件推得二维平面下各子域的矢量磁位a的通解表达式。

技术总结
本发明公开了一种交替极磁通反向电机及其解析建模方法，电机包括转子以及环套于转子外的定子，定子的内壁具有多个定子齿，相邻的定子齿之间具有定子槽，每个定子槽槽口对应的逆时针、顺时针方向上分别边磁磁极，每个定子齿各自两个边磁磁极之间位置设有中心磁极，中心磁极的磁化方式为径向磁化，边磁磁极采用带一定角度的磁化方式。解析法将电机划分为子域后进行求解各子域矢量磁位的通解表达式，并利用各子域边界条件求解直流分量和谐波分量，进而获得电机气隙磁密和电磁转矩。本发明的电机平均电磁转矩有明显提升。

技术研发人员：倪有源,王佩,黄亚,曹帮恒
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12