一种高速永磁同步电机附加电感的电磁设计方法与流程

1.本发明涉及一种高速永磁同步电机附加电感的电磁设计方法。


背景技术：

2.高速永磁同步电机的转子处于高速旋转状态，转子永磁体的高转速和较高的导电率使得永磁体涡流损耗成为高速电机的主要损耗之一。为此，有必要在电机设计阶段减小永磁体的涡流损耗。对于变频器供电的永磁同步电机来说，定子的高频谐波电流是产生永磁体涡流损耗的主要原因。高速电机的设计中电机匝数通常较少，导致高速电机电感小。小电感不利于滤除定子的高频谐波电流，通常通过串联电抗器来抑制高速电机的定子高频谐波电流。然而这样无疑增加了电机的成本和体积。
3.基于上述原因，提出一种高速永磁同步电机附加电感的电磁设计方法，该设计方法可以从设计环节增加高速永磁同步电机的电感。对于高速永磁同步电机设计有着极高的工程价值和切实的工程意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种增加高速永磁同步电机电感的电磁设计方案，以增加高速永磁同步电机对定子高频谐波电流的抑制能力。技术方案如下：
5.一种高速永磁同步电机附加电感的电磁设计方法，定义定子轭开口槽槽开口为b0，定子轭开口槽槽肩深为h0，定子轭开口槽齿宽为t0，定子轭开口槽槽深为h。电机外径为d，定子轭外径为d1，定子槽齿宽为t1，定子槽面积为s，绕组匝数为n，绕组绕线线径为d，定子槽与定子轭开口槽槽数均为n。电磁设计方法包括下列步骤：
6.(1)定子轭开口槽槽开口b0按照如下公式进行设计：b0＝2d；
7.(2)定子轭开口槽齿宽t0按照如下公式设计：t0＝2t1；
8.(3)定子轭开口槽深度h的设计按照如下公式设计：
[0009][0010]
本发明应用于增加高速永磁电机的电磁设计，具有以下优势：增加了高速永磁同步电机的电感，从而降低了高速永磁同步电机定子的高频谐波电流，降低转子的损耗。
附图说明
[0011]
下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步描述
[0012]
图1为本发明的结构示意图
[0013]
图2为定子轭开口槽尺寸定义图
[0014]
图3为简化后的前后的定子轭槽开口尺寸
[0015]
图4为简化后的槽口磁路
[0016]
图5为扇形磁通管及其参数定义
[0017]
图6为半圆形磁通管及其参数定义
具体实施方式
[0018]
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0019]
实施例如图1所示。本发明的技术方案：电机包括定子铁心，所述定子铁心内圆上设有定子槽，定子铁心外圆设有定子轭开口槽。定子绕组通过定子槽与定子轭开口槽闭合形成闭合回路。定子槽内导体与定子铁心形成磁路，产生高速永磁同步电机的主电感；定子轭开口槽内导体与定子铁心形成磁路，产生高速永磁同步电机的附加电感。附加电感对应的磁路不参与电枢反应，在进行电磁设计时，磁路完全产生附加电感，因此附加电感将远远大于主电感。在设计附加电感磁路时，方法与主电感的设计也有很大的不同。为探究附加电感的设计原则，首先应该研究附加电感与电磁设计各个变量的关系。
[0020]
为了解决现有高速永磁同步电机中电枢电感值较小的问题，从电磁设计角度出发，设法获取高速永磁同步电机的附加电感。从电感的定义来看，定子轭部附加电感的计算与普通电机电感计算方法相同，都可以归结为槽口的气隙磁导率计算。
[0021]
计算中忽略铁磁材料的非线性，认为铁磁材料的导磁率远大于气隙，则气隙的磁导率可以由以下公式计算：
[0022][0023]
式中g为气隙磁导率，s为导磁面积，l为磁路的长度。μ为真空的磁导率。
[0024]
由于定子轭槽口的形状不规则，现在对其进行简化。简化后的前后的定子轭槽开口尺寸如图3所示。简化后的槽口磁路可以等效为5个磁通管，如图4所示。可将它们分为三类， 1、5为扇形磁通管，2、4为半圆形磁通管，3为平行磁通管。
[0025]
对于扇形磁通管，其磁导率可以按照如下公式计算：
[0026][0027]
式中，l
ef
为电机轴向长度，μ0为真空的磁导率，其余各式定义如图5所示。
[0028]
对于半圆形，其磁导率可以按照如下公式计算：
[0029][0030]
l
ef
为电机轴向长度，其余各式定义如图6所示。
[0031]
对于平行磁通管，其磁导率可以由如下公式计算
[0032][0033]
式中，l
ef
为电机轴向长度，h
0 b0定义如图3所示。
[0034]
由此可计算，每槽的总磁导率，为：
[0035]
g
add
＝g1 g2 g3 g4 g5[0036]
式中，g1为图4中1区域的气隙磁导率，g2为图4中2区域的气隙磁导率，g3为图4 中3
区域的气隙磁导率，g4为图4中4区域的气隙磁导率，g5为图4中5区域的气隙磁导率。
[0037]
则，定子轭附加电感的值为
[0038]
l
add
＝nng
add
[0039]
式中：n为定子轭开口槽槽数，n为绕组匝数。
[0040]
为获得最大的附加电感值，对定子轭开口槽进行电磁设计。
[0041]
设计步骤：
[0042]
定子轭开口槽的主要设计尺寸如图2所示。定义定子轭开口槽槽开口为b0，定子轭开口槽槽肩深为h0，定子轭开口槽齿宽为t0，定子轭开口槽槽深为h。电机外径为d，定子轭外径为d1，定子槽齿宽为t1，定子槽面积为s，绕组匝数为n，绕组绕线线径为d，定子槽与定子轭开口槽槽数均为n。
[0043]
附加电感根据前面的公式推导，可以近似的表示为：
[0044][0045]
其中，l
add
为附加电感，n为绕组匝数，μ0为真空磁导率，l
ef
为电机有效铁心长度，c 为常数。
[0046]
为了获得较大的附加电感，可以设计较大的h0与b0的比值。
[0047]
1.定子轭开口槽槽开口b0的设计
[0048]
按照如下公式进行设计：
[0049]
b0＝2d
[0050]
2.定子轭开口槽齿宽t0的设计
[0051]
定子轭开口槽齿宽t0按照如下公式设计：
[0052]
t0＝2t1[0053]
3.定子轭开口槽槽肩深为h0的设计
[0054]
由于h0＝(d
‑
d1)*0.5
‑
h，想要获得最大的h0设计值，就要设计h的值最小。
[0055]
定子轭开口槽深度h的设计按照如下公式设计：
[0056][0057]
式中，n为定子轭开口槽槽数，按照上式设计可实现h的最小设计值。
[0058]
至此，设计完成，按照上述设计可以得到较大的附加电感。