CN113609678B - 一种改进的永磁体等效面电流计算方法 - Google Patents
一种改进的永磁体等效面电流计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113609678B CN113609678B CN202110901279.0A CN202110901279A CN113609678B CN 113609678 B CN113609678 B CN 113609678B CN 202110901279 A CN202110901279 A CN 202110901279A CN 113609678 B CN113609678 B CN 113609678B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- small
- coordinate system
- rectangular coordinate
- section
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000012271 agricultural production Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000005426 magnetic field effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/16—Equivalence checking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
本发明提出了一种改进的永磁体等效面电流计算方法，包括以下步骤：在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段；通过几何关系求得各小段端点的坐标；设定正方向，把各小段前后端点的纵坐标值相减所得数值再乘以永磁体的矫顽力，获得各小段所对应的等效面电流数值；然后通过几何关系确定各小段中心点的位置；综上，获得永磁体表面各小段的等效面电流数值及其位置。本发明在计算永磁体等效面电流方面具有快速、简便的优势，可作为永磁电机解析计算的重要理论工具。
Description
技术领域
本发明属于永磁电机解析计算领域，涉及一种改进的永磁体等效面电流计算方法，可应用于永磁电机的解析计算。
背景技术
近年来，稀土资源得到了广泛的开发与利用，随之而来的，永磁电机以其具有的高功率密度、高效率以及高可靠性等优点已被应用于航天航空、工农业生产和交通运输等多个领域。在电机设计阶段，电机尺寸尤其是永磁体结构需要不断调整，若采用电磁场有限元仿真对不同结构的电机进行分析计算，计算量大且比较耗费时间，特别是针对大型电机，可能计算时间过长而无法实施。而表贴磁极永磁电机因其可以分区域处理的结构特点，可以采用解析法分析计算电机磁场，从而避开了有限元法计算时间长之困境。
在永磁电机的解析计算中，多数情况下需要对永磁体进行等效计算，其中等效面电流法是最早用来表示永磁体磁场效应的方法之一，它是将永磁体产生的磁场等效为其表面的一个电流层产生的磁场，则实际的永磁体可视为真空处理。现有的等效面电流法大多只能处理偏心削极永磁体，且在利用等效面电流法时要根据几何关系计算出永磁体表面矫顽力的切向分量才能求出等效面电流密度的表达式，因此该方法不适合求解其他复杂削极情况下永磁体的等效计算。
为此，需寻求能够简便且可以适用于多种削极形式永磁体的等效面电流法，拓展等效面电流法的应用范围。
发明内容
为克服现有的等效面电流法存在计算复杂且应用范围较窄的缺点，本发明提出了一种改进的等效面电流计算方法，该方法要结合永磁电机子域模型解析法一同使用。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种改进的永磁体等效面电流计算方法，包括以下步骤：
在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段；
通过几何关系求得各小段端点的坐标；
设定正方向，把各小段前后端点的纵坐标值相减所得数值再乘以永磁体的矫顽力，获得各小段所对应的等效面电流数值；然后通过几何关系确定各小段中心点的位置；综上，获得永磁体表面各小段的等效面电流数值及其位置。
可选地，所述在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段的步骤，包括：
以电机轴心为坐标原点，以永磁体d轴为y轴建立二维全局直角坐标系；以永磁体的上圆弧对应圆心为坐标原点，建立二维局部直角坐标系，二维全局直角坐标系与二维局部直角坐标系的y轴重合，x轴相互平行，x轴之间的距离为永磁体上、下圆弧的偏心距；
将永磁体表面分为上、下、左、右四大段，然后将每一大段划分成若干小段。
可选地，所述通过几何关系求得各小段端点的坐标的步骤，包括：
计算获得永磁体表面上大段各小段端点在二维局部直角坐标系下坐标，再利用二维局部直角坐标系与二维全局直角坐标系的转化关系，获得永磁体表面上大段各小段端点在二维全局直角坐标系下的坐标；
计算获得永磁体表面下、左、右大段各小段端点在二维全局直角坐标系下坐标。
可选地，所述设定正方向的步骤为以顺时针为正方向。
可选地，所述通过几何关系确定每一小段中心点的位置的步骤，包括：根据几何关系获得每一小段中心点到电机轴心的距离以及与y轴的夹角。
可选地，所述永磁体的充磁方式为平行充磁。
可选地，所述永磁体削极形状为任意形状。
可选地，所述永磁体削极形状为偏心削极。
可选地，所述在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段的步骤中，根据设定的数量将永磁体表面进行划分，只要满足划分数量要求，均分与不均分都可适用。
本发明相比于现有的等效面电流计算方法，具有以下优点：一是在求解每一小段等效面电流的数值时十分简便，计算量小；二是不仅适用于偏心削极永磁体，对于其他复杂削极形式的永磁体同样适用，应用范围较广。
附图说明
图1是本发明的等效面电流分布示意图；
图2是改进的等效面电流法计算模型结构图。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
图1给出了等效面电流的分布示意图，在此规定流出纸面方向的等效面电流为正，反之为负。如图2所示，以偏心削极永磁体为例，改进的等效面电流计算方法具体实施过程为：
(1)、以电机轴心为坐标原点，以永磁体d轴为y轴建立二维全局直角坐标系Oxy。由于偏心磁极是由上、下两个对应于不同圆心的圆弧组成，为方便上圆弧AB坐标的求解，针对上圆弧可建立如图2所示的二维局部直角坐标系O′x′y′，其中Rr为下圆弧半径，R2为上圆弧半径，h为两圆弧的偏心距；
(2)、把永磁体按A→B→C→D→A的顺序分为4大段，序号用k(k＝1,2,3,4)表示，分别对应AB段、BC段、CD段、DA段，同样按上述顺序把第k大段划分为Nk个长度很短的小段；
(3)、利用所建立的坐标系计算划分得到的永磁体每一小段端点的坐标，其中针对AB段的各小段，首先需计算AO'与y'轴的夹角θ'A，根据余弦定理，θ'A可表示为
进而可对永磁体上圆弧等弧度均分，以求得在二维局部直角坐标系下各小段的端点和O'的连线与y'轴的夹角，并规定y(y')轴左侧角度为正，右侧为负。在二维局部直角坐标系O′x′y′下，不失一般性，以附图2中第1大段(AB段)的第n小段为例，其起始端点坐标(x'1n,y'1n)(n＝1,2,…,N1)可计算为
其末端点坐标(x'1(n+1),y'1(n+1))计算为
利用二维局部直角坐标系与二维全局直角坐标系的转化关系可得第1大段第n小段的起始端点在二维全局直角坐标系下的坐标为
同理可计算得到第1大段第n小段的末端点在二维全局直角坐标系下的坐标。
由于其余三大段结构相对简单，可直接在二维全局直角坐标系下计算其各小段的端点坐标，以第3大段(CD段)第n小段为例，在二维全局直角坐标系下，其起始端点坐标(x3n,y3n)(n＝1,2,…,N3)可计算为
其末端点坐标(x3(n+1),y3(n+1))计算为
其中θ3n、θ3(n+1)分别为第3大段第n小段的起始端点、末端点与圆心O之间的连线与y轴的夹角。
(4)、对永磁体各小段的等效面电流数值及其位置信息进行计算，第k大段的第n(n＝1,2,…,Nk)小段沿图2中永磁体黑色箭头方向的首、末端点坐标分别为(xkn,ykn)与(xk(n+1),yk(n+1))，在永磁体平行充磁条件下，第k大段的第n小段等效面电流为
ikn＝Hc(yk(n+1)-ykn)
其中Hc为永磁体的矫顽力。
第k大段的第n小段的中心点与圆心O之间的距离为
第k大段的第n小段的中心点与圆心O的连线与y轴的夹角为
综上完成了偏心削极永磁体等效面电流及其位置的计算。
此实施过程是以偏心削极永磁体为例展开的，若对于其他复杂削极方式的永磁体，只要求得永磁体表面每一小段端点的坐标，即可进行等效面电流及其位置的求解，因此该改进的等效面电流计算方法应用范围比较广泛。
本发明的方法对永磁体表面划分为若干小段时，不限于对其均分，只要满足划分数量要求，均分与不均分都可适用。
以上所述仅为本发明的一种较佳的实施方式，其叙述较为具体详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种改进的永磁体等效面电流计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段；
通过几何关系求得各小段端点的坐标；
设定正方向，把各小段前后端点的纵坐标值相减所得数值再乘以永磁体的矫顽力，获得各小段所对应的等效面电流数值；然后通过几何关系确定各小段中心点的位置；综上，获得永磁体表面各小段的等效面电流数值及其位置；
所述在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段的步骤，包括：
以电机轴心为坐标原点，以永磁体d轴为y轴建立二维全局直角坐标系；以永磁体的上圆弧对应圆心为坐标原点，建立二维局部直角坐标系，二维全局直角坐标系与二维局部直角坐标系的y轴重合，x轴相互平行，x轴之间的距离为永磁体上、下圆弧的偏心距；
将永磁体表面分为上、下、左、右四大段，然后将每一大段划分成若干小段；
所述通过几何关系求得各小段端点的坐标的步骤，包括：
计算获得永磁体表面上大段各小段端点在二维局部直角坐标系下坐标，再利用二维局部直角坐标系与二维全局直角坐标系的转化关系，获得永磁体表面上大段各小段端点在二维全局直角坐标系下的坐标；
计算获得永磁体表面下、左、右大段各小段端点在二维全局直角坐标系下坐标；
所述设定正方向的步骤为以顺时针为正方向；
所述通过几何关系确定各小段中心点的位置的步骤，包括：根据几何关系获得各小段中心点到电机轴心的距离以及与y轴的夹角。
2.根据权利要求1所述的改进的永磁体等效面电流计算方法，其特征在于，所述永磁体的充磁方式为平行充磁。
3.根据权利要求1所述的改进的永磁体等效面电流计算方法，其特征在于，所述永磁体削极形状为任意形状。
4.根据权利要求1所述的改进的永磁体等效面电流计算方法，其特征在于，所述永磁体削极形状为偏心削极。
5.根据权利要求1所述的改进的永磁体等效面电流计算方法，其特征在于，所述在直角坐标系中将永磁体表面分成若干小段的步骤中，根据设定的数量将永磁体表面进行划分。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110901279.0A CN113609678B (zh) | 2021-08-06 | 2021-08-06 | 一种改进的永磁体等效面电流计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110901279.0A CN113609678B (zh) | 2021-08-06 | 2021-08-06 | 一种改进的永磁体等效面电流计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113609678A CN113609678A (zh) | 2021-11-05 |
| CN113609678B true CN113609678B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=78307433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110901279.0A Active CN113609678B (zh) | 2021-08-06 | 2021-08-06 | 一种改进的永磁体等效面电流计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113609678B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103218487A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-07-24 | 南京理工大学 | 旋转对称天线罩和抛物面天线一体化电磁散射仿真方法 |
| CN110472336A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-19 | 哈尔滨理工大学 | 内嵌式永磁同步电机的矩形永磁体等效方法及电磁性能解析方法 |
| CN110912485A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-24 | 吉林大学 | 一种考虑铁损电阻的永磁同步电机无位置传感器控制方法 |
| CN112507560A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-16 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种分段化的光伏阵列等效聚合模型建模方法和系统 |
| CN112838742A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-25 | 南京工程学院 | 一种强磁增速超导新能源转化装置及其优化方法 |
| EP3909065A1 (en) * | 2019-01-11 | 2021-11-17 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | A device for transforming a charged particle beam between a vortex beam condition and a plane wave beam condition |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112912748A (zh) * | 2018-09-03 | 2021-06-04 | 新加坡科技设计大学 | 永磁体系统及其形成方法 |
-
2021
- 2021-08-06 CN CN202110901279.0A patent/CN113609678B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103218487A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-07-24 | 南京理工大学 | 旋转对称天线罩和抛物面天线一体化电磁散射仿真方法 |
| EP3909065A1 (en) * | 2019-01-11 | 2021-11-17 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | A device for transforming a charged particle beam between a vortex beam condition and a plane wave beam condition |
| CN110472336A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-19 | 哈尔滨理工大学 | 内嵌式永磁同步电机的矩形永磁体等效方法及电磁性能解析方法 |
| CN110912485A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-03-24 | 吉林大学 | 一种考虑铁损电阻的永磁同步电机无位置传感器控制方法 |
| CN112507560A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-16 | 国网经济技术研究院有限公司 | 一种分段化的光伏阵列等效聚合模型建模方法和系统 |
| CN112838742A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-25 | 南京工程学院 | 一种强磁增速超导新能源转化装置及其优化方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Analytical synthesis of air-gap field in permanent magnet machines with rotor eccentricity by superposition method;Li, Y 等;《 International Magnetics Conference》;第1页 * |
| No-load Subdomain Model of Permanent Magnet Motor Based on Equivalent Surface Current Method;Zhao, SH 等;《INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS》;1424-1427 * |
| 基于改进等效面电流法的永磁电机气隙磁场解析计算;陈春涛 等;《中国电机工程学报》;第41卷(第S1期);315-323 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113609678A (zh) | 2021-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Azzouzi et al. | Quasi-3-D analytical modeling of the magnetic field of an axial flux permanent-magnet synchronous machine | |
| CN108563912B (zh) | 一种表贴式永磁同步电机气隙磁场的解析方法 | |
| CN102568009B (zh) | 用于电子地图的线段抽稀装置及其方法 | |
| CN103440683B (zh) | 一种基于三维散乱稠密点云的三角网格重构方法 | |
| Freeman et al. | A novel mapping technique for open boundary finite element solutions to Poisson's equation | |
| CN109872396A (zh) | 一种适用于三角网格模型的快速截面轮廓生成方法 | |
| CN113609678B (zh) | 一种改进的永磁体等效面电流计算方法 | |
| CN110097598A (zh) | 一种基于pvfh特征的三维物体位姿估计方法 | |
| JP2002288241A (ja) | 電磁界強度算出装置への入力データ作成方法および作成装置 | |
| CN113890291A (zh) | 设计磁障内永磁体长度的方法、系统、终端及存储介质 | |
| CN105277927B (zh) | 飞行器编队瞬态电磁特性时域阶数步进分析方法 | |
| CN113420004A (zh) | 隧道点云数据的存储方法、装置、计算机设备及存储介质 | |
| CN110472336B (zh) | 内嵌式永磁同步电机的矩形永磁体等效方法及电磁性能解析方法 | |
| CN115984489B (zh) | 一种输电线路的三维重建方法、装置及处理设备 | |
| CN103279607A (zh) | 一种计算永磁电动机气隙磁通密度的方法 | |
| CN105630740A (zh) | 基于矩阵泰勒级数展开的电磁分析方法 | |
| CN109670557B (zh) | 一种基于杆状构筑物的公路点云自动配准方法 | |
| CN114066788A (zh) | 一种平衡的实例分割数据合成方法 | |
| CN110415350B (zh) | 一种管道运输工具气动模型构建方法及系统 | |
| Ding et al. | Analytical calculation of no-load air gap magnetic field of surface mounted permanent magnet motor based on Schwarz-Christoffel transformation | |
| Dular et al. | Constitutive matrices using hexahedra in a discrete approach for eddy currents | |
| CN104344828A (zh) | 一种导航地图道路曲率数据的生成方法 | |
| CN112234779B (zh) | 一种基于不等厚Halbach永磁阵列的电机生产方法及系统 | |
| CN111506681A (zh) | 生成路口的方法及装置、渲染方法、介质、终端、服务器 | |
| US11908084B2 (en) | Method for generating high-quality real-time isosurface mesh |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Chuntao Inventor after: Wu Xinzhen Inventor after: Zheng Xiaoqin Inventor after: Cao Renting Inventor before: Wu Xinzhen Inventor before: Chen Chuntao Inventor before: Zheng Xiaoqin Inventor before: Cao Renting |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231130 Address after: No. 308, Ningxia Road, Southern District, Shandong, Qingdao, Shandong Applicant after: QINGDAO University Address before: No. 308, Ningxia Road, Southern District, Shandong, Qingdao, Shandong Applicant before: QINGDAO University Applicant before: Qingdao military civilian integration Collaborative Innovation Research Institute |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |