1.一种轴向磁场永磁记忆电机不对称轴向电磁力波计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、根据实际电机模型,确定求解坐标系,针对气隙和Halbach阵列永磁体不同求解区域对电机分别建立泊松方程与拉普拉斯方程;
S2、在求得拉普拉斯方程通解的基础上,依据空载磁场解析模型应满足的边界条件对静态轴向气隙磁密与周向气隙磁密进行求解;
S3、在电机运行过程中,计算电机Halbach阵列永磁体磁动势;电机通入三相对称正弦电流时,分别计算单相绕组所产生的磁动势与三相绕组所产生的磁动势;
S4、根据气隙磁导率,计算电机轴向气隙磁场分布,得到轴向磁场永磁记忆电机气隙磁场表达式;
S5、根据麦克斯韦张量方程,计算作用在单位气隙面积上的轴向电磁力,对计算得出的每一项电磁力波分别计算时间和空间谐波;
所述步骤S1具体包括:
根据电机外观与尺寸要求,建立二维直角坐标系;根据二维直角坐标系,设Halbach阵列永磁体中轴向充磁函数为偶函数,轴向充磁函数为奇函数;轴向磁场永磁记忆电机Halbach阵列永磁体的充磁函数公式表达为:;
式中 , ,表 示周 向充 磁函数 傅 里叶级 数的 系数 ;
,表示轴向充磁函数傅里叶级数的系数;p为电机极对数;r为电机半径;表示充磁奇函数,且n=1,3,5…;
Halbach阵列的轴向充磁系数 公式表达如下:;
式中, 表示轴向充磁永磁体的宽度; 表示极距;p为电机极对数;r为电机半径;
永磁体内部的磁通密度 和气隙处磁通密度 公式表示为:;
;
式中,Br为永磁体剩磁; 为永磁体的相对磁导率; 为真空磁导率;H1、H2分别为各个区域的磁场强度;
Halbach阵列永磁体区域,即泊松方程公式表达如下:;
式中, 为永磁体区域磁通; 为永磁体的相对磁导率;x和y分别是x轴和y轴的坐标;
为充磁函数M的散度;
轴向磁场记忆电机气隙区域,即拉普拉斯方程公式表达如下:;
式中, 为气隙域磁通;x和y分别是x轴和y轴的坐标。
2.根据权利要求1所述一种轴向磁场永磁记忆电机不对称轴向电磁力波计算方法,其特征在于,步骤S2具体包括:S21、根据磁场强度表达式与Halbach阵列的轴向充磁系数、永磁体内部的磁通密度以及气隙处磁通密度 联合求解,得到拉普拉斯方程通解公式表达如下:;
;
;
式中,C1为第一待定系数;C2为第二待定系数;C3为第三待定系数;C4为第四待定系数;这四个系数取决于等效模型的边界条件; 表示拉普拉斯方程通解指数函数部分;表示充磁奇函数;p表示电机极对数;r表示电机半径;
所述磁场强度表达式为:
;
;
式中, 为x轴方向的磁场强度,Hy为y轴方向的磁场强度;
S22、根据空载磁场解析模型边界条件计算拉普拉斯通解系数,公式表达如下:;
;
;
;
式中, 为永磁体充磁函数; 为永磁体高度;g为气隙1长度;
;
其中空载磁场解析模型边界条件公式表达如下:;
;
;
;
式中,HX1、HX2为x坐标轴的磁场强度;By1为y轴的磁密;Hy2为y轴磁场强度;
S23、根据S22所求得拉普拉斯系数解,计算轴向磁场永磁记忆电机的气隙磁密的轴向分量与周向分量公式表达如下:;
;
式中, 为真空磁导率;Hm为磁场强度;M为充磁函数;g气隙1的长度;hm为永磁体的高度;
轴向磁场永磁记忆电机的轴向气隙磁密公式表达如下:。
3.根据权利要求2所述一种轴向磁场永磁记忆电机不对称轴向电磁力波计算方法,其特征在于,步骤S3包括以下步骤S31、计算永磁体所激发的磁动势,公式表达如下:;
式中,u为永磁体磁动势谐波阶数,p为永磁体极数,θ为旋转角度;计算转子磁动势公式表达如下:;
式中 为空气磁导率;u为永磁体磁动势谐波阶数, 为永磁体磁动势的幅值; 为永磁体磁极的极弧系数; 为电机旋转角频率;
S32、设轴向磁场永磁记忆电机由t个单元电机组成,分数槽绕组匝数为Nc,角频率为w,有效值为Ic的正弦电流i激励下,产生的总磁动势为iNc;所述单元电机为槽数为Z0极对数为p0的电机, ;p为永磁体转子极对数,Z为定子槽数;Z0是m的整数倍;m为电机相数;
计算轴向磁场永磁记忆电机电枢绕组磁场产生的与空间θ、时间t有关的脉动矩形磁动势,公式表达如下:;
式中,w为旋转角速度;θ为旋转角度;v为定子谐波次数;Fv为定子绕组v次谐波磁动势幅值;其中,式
中, 为极对数为v谐波绕组的短距系数; ;
S33、计算轴向磁场永磁记忆电机在电枢绕组通入三相电流,公式表达如下:当
时, ;当 时, ;当 时,。
4.根据权利要求3所述一种轴向磁场永磁记忆电机不对称轴向电磁力波计算方法,其特征在于,步骤S4包括以下步骤:S41、计算轴向磁场永磁记忆电机气隙磁导率,公式表达如下:;
式中, 为气隙磁导常数,Z为定子槽数;k为定子齿的谐波次数,k为自然数; 为定子齿各阶谐波幅值和;
S42、根据轴向磁场永磁记忆电机气隙磁导率计算轴向气隙磁密,公式表达如下:;
带入电机永磁体磁动势、电枢绕组磁动势与气隙磁导率,得到如下关系式: 。
5.根据权利要求4所述一种轴向磁场永磁记忆电机不对称轴向电磁力波计算方法,其特征在于,步骤S5包括以下步骤:根据麦克斯韦张量法计算作用在单位气隙面积上的轴向电磁力,忽略第四项,公示表示如下:;
1)①的平方项
时间谐波为 ,空间谐波为 ;
2)②的平方项
,时间谐波为2,空间谐波为 ;
3)③的平方项
,时间谐波为 ,
空间谐波为 ;
4)①×②的平方项
,时间谐波为 ,空间谐波为 ;
5)①×③的平方项
,时间谐波为 ,空间谐波为 ;
6)②×③的平方项
,时间谐波为 ,空间谐波为。