一种适用于充水式潜水电机辅助槽的设计方法

1.本发明涉及电机优化领域，特别是涉及一种适用于充水式潜水电机辅助槽的设计方法。


背景技术：

2.电机的振动和噪声严重干扰了人们的生产和生活，如何抑制电磁噪声和振动一直是一个长期而深入的研究课题，辅助槽可以有效削弱潜水电机的振动和噪声，改善气隙磁场谐波含量。考虑到水摩擦损耗的影响，在转子内部开辅助槽，同时辅助槽的尺寸，对气隙磁场的谐波含量会产生较大的影响。


技术实现要素：

3.由此出发，本发明的目的在于提出一种适用于充水式潜水电机辅助槽的设计方法，该方法可以通过对潜水电机气隙磁导建模，分析辅助槽的尺寸对气隙磁导的影响，选择合适的辅助槽尺寸，有效的改善气隙磁场谐波含量。
4.本发明的目的通过以下技术方案实现：
5.充水式潜水电机效率优化的设计方法，包括如下步骤：
6.s1：计算充水式潜水电机不开槽时气隙磁导：
7.根据公式计算充水式潜水电机不开槽时的气隙磁导，其中：μ0＝4π
×
10-7
n/a2(t
·
m/a)，δ是气隙长度；
8.s2：计算充水式潜水电机定子不开槽且转子槽等效为开口槽时槽开口处的气隙磁导：
9.根据公式计算充水式潜水电机定子不开槽且转子槽等效为开口槽时槽开口处的气隙磁导，其中：δ1是转子槽等效为开口槽之后，开口槽的等效槽深；
10.s3：计算充水式潜水电机转子闭口槽等效为开口槽的等效槽宽：
11.根据公式bw＝b
s-2h
s0
cotα计算充水式潜水电机闭口槽等效为开口槽时的等效槽宽，其中：bw是等效槽宽,bs是闭口槽槽宽,h
s0
是槽桥高,α是辅助线的角度，取45
°
；
12.s4：确定辅助槽的初始尺寸：
13.所述确定辅助槽的初始尺寸的方法包括：辅助槽槽宽大于两倍的电机气隙长度，小于转子槽宽、槽高为转子槽高的1/m，m取5-10；
14.s5：计算辅助槽等效为开口槽时槽口处的气隙磁导：
15.根据公式计算充水式潜水电机辅助槽等效为开口槽时槽口处的气隙磁导，其中：δ2是辅助槽等效为开口槽之后，开口辅助槽的等效槽深；
16.s6：计算闭口辅助槽等效为开口槽时的等效槽宽：
17.根据公式b
w1
＝b
s1-2h
s01
cotα计算充水式潜水电机闭口辅助槽等效为开口辅助槽时的等效槽宽，其中：b
w1
是辅助槽等效槽宽,b
s1
是辅助槽槽槽宽,h
s01
是辅助槽槽桥高；
18.s7：建立带有辅助槽的气隙磁导数学模型：
19.所述建立带有辅助槽的气隙磁导的数学模型的方法包括：用周期变化矩形波模拟气隙磁导的变化波形，对步骤s1、s2、s5中计算得到的各部分气隙磁导采用标幺化处理，并作为矩形波的幅值，各部分幅值对应的占空比由步骤s4中计算得到的转子槽等效槽开口和步骤s6中计算得到的辅助槽等效槽开口分别与转子槽矩的比值得出；
20.s8：对气隙磁导数学模型进行二维傅里叶分解；
21.s9：计算气隙磁导的总谐波失真(thd)：
22.所述计算气隙磁导的总谐波失真(thd)的方法包括：根据公式计算气隙磁导的总谐波失真，其中：λn是气隙磁导的n次谐波幅值，λ1是气隙磁导基波幅值；
23.s10：以步骤s5中的辅助槽尺寸为基准，按等差数递增列选定k组辅助槽宽、m组辅助槽深，计算过程中可以根据槽型大小决定公差，且不同槽型，不同功率等级电机转子槽尺寸相差较大，k取10-20，m取5-10，重复步骤s4-s9；
24.s12：绘制气隙磁导的thd随辅助槽槽宽和槽深变化的曲线；
25.s13：确定辅助槽尺寸：
26.所述确定辅助槽尺寸的方法包括：根据气隙磁导的thd曲线，确定使电机谐波含量最小的辅助槽尺寸。
27.进一步的，该方法还包括以下步骤：
28.s14：步骤s10中k取20，m取10；
29.s15：步骤s10中按等差数递增列选定k组辅助槽宽、m组辅助槽深，选定的辅助槽槽宽最大不超过转子槽槽宽，选定的辅助槽槽深不超过转子槽槽深；
30.本发明的有益效果：(1)研究了一种分析辅助槽尺寸对充水式潜水电机气隙磁导的影响的方法，不再依赖于有限元仿真来确定辅助槽尺寸，可以更快速的设计辅助槽的主要尺寸；
31.(2)提供了一种适用于充水式潜水电机辅助槽的设计方法，减小充水式潜水电机的电磁振动和噪声；
32.(3)本方法实现简单，效果明显，通用性广泛。
附图说明
33.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
34.图1为充水式潜水电机辅助槽的设计方法流程图；
35.图2为含辅助槽的气隙磁导数学模型示意图；
36.图3为气隙磁导的傅里叶分解结果；
37.图4为气隙磁导总谐波失真(thd)随辅助槽尺寸的变化曲线。
具体实施方式：
38.在一个实施例中，以yq55型湿式潜水电机为研究对象，该电机额定电压380v,4极，额定输出功率55kw：
39.如图1所示，一种充水式潜水电机效率优化的设计方法，包括如下步骤：
40.s1：计算充水式潜水电机不开槽时气隙磁导：
41.根据公式计算充水式潜水电机不开槽时的气隙磁导，其中：μ0＝4π
×
10-7
n/a2(t
·
m/a)，δ＝1，λ
δ
＝4π
×
10-7
n/a2(t
·
m/a)；
42.s2：计算充水式潜水电机定子不开槽且转子槽等效为开口槽时槽开口处的气隙磁导：
43.根据公式计算充水式潜水电机定子不开槽且转子槽等效为开口槽时槽开口处的气隙磁导，λ
δ1
＝6.4
×
10-8
n/a2(t
·
m/a)；
44.s3：计算充水式潜水电机转子闭口槽等效为开口槽的等效槽宽：
45.根据公式bw＝b
s-2h
s0
cotα计算充水式潜水电机闭口槽等效为开口槽时的等效槽宽，其中：bw＝2.7mm,bs＝4.7mm,h
s0
＝1mm,α＝45
°
；
46.s4：确定辅助槽的初始尺寸：
47.所述确定辅助槽的初始尺寸的方法包括：辅助槽槽宽为2.9mm、槽高为1.87mm；
48.s5：计算辅助槽等效为开口槽时槽口处的气隙磁导：
49.所述计算辅助槽等效为开口槽时槽口处的气隙磁导的方法包括：根据公式计算充水式潜水电机辅助槽等效为开口槽时槽口处的气隙磁导，λ
δ2
＝4.37
×
10-7
n/a2；
50.s6：计算闭口辅助槽等效为开口槽时的等效槽宽：
51.根据公式b
w1
＝b
s1-2h
s01
cotα计算充水式潜水电机闭口辅助槽等效为开口辅助槽时的等效槽宽为0.1mm；
52.s7：建立带有辅助槽的气隙磁导数学模型：
53.所述建立带有辅助槽的气隙磁导的数学模型的方法包括：用周期变化矩形波模拟气隙磁导的变化波形，对步骤s1、s2、s5中计算得到的各部分气隙磁导采用标幺化处理，并作为矩形波的幅值，各部分幅值对应的占空比由步骤s4中计算得到的转子槽等效槽开口和步骤s6中计算得到的辅助槽等效槽开口分别与转子槽矩的比值得出，分别为70％、90％，具体数学模型详见图2；
54.s8：对气隙磁导数学模型进行二维傅里叶分解，本实施例具体气隙磁导的傅里叶分解结果详见图3；
55.s9：计算气隙磁导的总谐波失真(thd)：
56.所述计算气隙磁导的总谐波失真(thd)的方法包括：根据公式计算气隙磁导的总谐波失真，其中λn是气隙磁导的n次谐波幅值，λ1是气隙磁导基波幅值，λ
thd
＝
0.03038；
57.s10：以步骤s5中的辅助槽尺寸为基准，按等差数递增列选定k组辅助槽宽、m组辅助槽深，k取20，m取10，重复步骤s4-s9；
58.s12：绘制气隙磁导的thd随辅助槽槽宽和槽深变化的曲线，具体曲线详见图4；
59.s13：确定辅助槽尺寸：
60.所述确定辅助槽尺寸的方法包括：根据气隙磁导的thd曲线，确定使电机谐波含量最小的辅助槽尺寸，谐波含量最小时辅助槽槽宽为4.7mm，槽深为9.35mm；
61.本发明实施例提供的一种适用于充水式潜水电机辅助槽的设计方法，该方法matlab建立气隙磁导的数学模型，通过对辅助槽尺寸的参数化分析以及thd曲线的分析，从而确定辅助槽的尺寸，与初使方案相对比，电机的thd下降了10％，对电机的优化设计起指导意义。