专利名称：轴向磁通电机的二维仿真方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真方法，更具体地，涉及一种轴向磁通电机的二维QD)仿真方法。
背景技术：
电机的开发通常需要设计磁场、绕组等，其中很重要的一部分是磁场的设计。电机开发通常要经过策划、设计、仿真测试、制作模型、实际成品等多个步骤。一般，当确定好基本思路并将电机设计好后，需要对设计的电机进行仿真测试，并记录参数，从而进行电机实际工作时各种参数的测定，比如磁场分布、电枢反应、感应电流、安培力等。通常，可以对电机进行二维OD)或三维(3D)仿真测试。传统的旋转电机一般都是径向磁通电机，通常，其转子套在定子内，其主磁场的方向总是保持与转子转动轴的轴向相垂直，即在垂直于转子轴向的平面内总能良好地覆盖磁场的磁力线。因而，对于传统的径向磁通电机，可以通过截取与转子的轴向垂直的截面，很方便地采用2D仿真方法来对电机进行仿真测试。与径向磁通电机的结构不同，轴向磁通电机(也称为盘式电机)是一种可提供轴向磁通的电机，其也具有定子和转子。轴向磁通电机有多种结构形式，按照定子、转子数量和相对位置大致可分为四种结构中间转子结构、单定子单转子结构、中间定子结构和多盘式结构。以中间转子结构为例，轴向磁通电机的结构如图1所示，其中转子2设置在第一定子1和第二定子3的中间。第一定子1和第二定子3的盘形铁心由导磁材料制成，并在其相对的两个内侧均勻地设置有多个齿状凸起4，第一定子1和第二定子3的绕组绕在该多个齿状凸起4上。转子2是粘有永磁体(例如硅钢片)的圆盘。在给第一定子1和第二定子 3施加电流时，转子2就会旋转运动。轴向磁通电机的磁场方向为轴向，转子2上的永磁体产生的磁场沿转子旋转轴的方向穿过第一定子1和第二定子3。由于与转子2的轴向垂直或平行等的二维截面中都无法良好覆盖轴向磁通电机的磁力线，所以，现有的2D仿真无法对轴线磁通电机进行良好的仿真。目前，对于轴向磁通电机，通常只能采用3D仿真方法对电机进行仿真测试，而3D 仿真方法需要占用较大的计算机资源，并且数据处理时间较长，导致电机的开发周期较长。

发明内容
针对现有技术中只能对轴向磁通电机进行3D仿真的问题，本发明提出了一种用于轴向磁通电机的二维仿真方法。本发明提出的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中所述轴向磁通电机包括转子和第一定子，所述转子的旋转轴垂直于所述第一定子的铁心所在的平面，所述第一定子的铁心的圆心位于所述转子的旋转轴上，该轴向磁通电机的二维仿真方法包括以下步骤步骤1)以所述第一定子的铁心的圆心为极点0，以所述第一定子的铁心的任一径向为极轴，以所述转子的旋转轴为ζ轴，建立柱坐标系(P，θ ,ζ)；
步骤幻通过截取P = a的所述轴向磁通电机的截面以得到轴向磁通电机的二维视图，其中A < a < B，A为所述第一定子的铁心的内半径，B为所述第一定子的铁心的外半径；步骤3):在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿
真数据。根据一种实施方式，所述步骤2)可以包括先从所述柱坐标系的极点0沿极轴正向将所述轴向磁通电机切开，并将该轴向磁通电机平铺，然后在平铺的轴向磁通电机上截取对应于P = a的展开后的截面以得到所述轴向磁通电机的二维视图。根据另一种实施方式，所述步骤幻可以包括在所述柱坐标系中截取P =a的截面，该截取的P = a的截面为沿柱坐标系的ζ轴纵向延伸的环形截面，然后从所述柱坐标系的极点0沿极轴正向将该截面切开并将切开后的截面平铺得到所述轴向磁通电机的二维视图。其中，当所述轴向磁通电机为多极电机时，并且所述多极电机的极数为p，槽数为 z，P和ζ的最大公约数为t，可以先将所述多极电机划分成t个单元电机，然后对其中一个单元电机执行步骤1) 步骤3)。进一步优选地，在所述步骤幻中，在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真所述一个单元电机的各个仿真数据后，将该一个单元电机的各个仿真数据乘以t，以得到整个轴向磁通电机的各个仿真数据。优选地，可以重复多次执行步骤幻 步骤幻，每次取不同的a值，从而得到多个二维视图，以分别在该多个二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿真数据。优选地，该方法还可以包括步骤4)将所述多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加。其中，当所述轴向磁通电机为多极电机时，并且所述多极电机的极数为p，槽数为 z，P和ζ的最大公约数为t，则先将所述多极电机划分成t个单元电机，然后对其中一个单元电机执行步骤1) 步骤4)。进一步优选地，在所述步骤4)中，在将一个单元电机的多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加后，将该叠加得到的各个仿真数据乘以t，以得到整个轴向磁通电机的各个仿真数据。优选地，在所述步骤4)中，可以在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真该轴向磁通电机的扭矩、电流、电压、磁密和漏磁系数中的一种或多种数据。利用本发明提供的轴向磁通电机的2D仿真方法，通过以定子的铁心的圆心为极点0，以定子的铁心的任一径向为极轴，以转子的旋转轴为ζ轴来建立柱坐标系(P，θ，z)， 然后截取P =a的所述轴向磁通电机的截面以得到轴向磁通电机的二维视图，从而将轴向磁通电机的3D仿真转换成了 2D仿真，在保证仿真精度不变、仿真数据准确的情况下，大大减少了仿真资源，明显减少了仿真中数据处理的时间，缩短了轴向磁通电机的开发周期。


图1为轴向磁通电机的分解示意图；图2为根据一个示例的定子铁心所在的平面的二维极坐标图3为从极点0沿正向将电机切开并平铺后定子铁心所在的平面示意图；图4出了轴向磁通电机的单元电机的二维视图的一个示例。
具体实施例方式下面结合附图详细描述本发明的实施方式。参考图1 2，本发明提出了一种轴向磁通电机的二维仿真方法，其中所述轴向磁通电机包括转子2和第一定子1，所述转子2的旋转轴垂直于所述第一定子1的铁心所在的平面，所述第一定子1的铁心的圆心位于所述转子2的旋转轴上，该轴向磁通电机的二维仿真方法包括以下步骤步骤1)以所述第一定子1的铁心的圆心为极点0，以所述第一定子1的铁心的任一径向为极轴，以所述转子2的旋转轴为ζ轴，建立柱坐标系(P，θ，ζ);步骤2、通过截取P = a的所述轴向磁通电机的截面以得到轴向磁通电机的二维视图，其中A < a < B，A为所述第一定子1的铁心的内半径，B为所述第一定子1的铁心的外半径；步骤3)在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿
真数据。图2示出了第一定子1的铁心所在的平面的二维极坐标图，其中第一定子1的铁心的圆心为极点0，该平面上任意一点可以表示为(P，θ，0)，其中P =A的截面即为第一定子1的铁心的内圆周截面，P =B的截面即为第一定子1的铁心的外圆周界面，P =a 的截面(A < a < B)即为第一定子1的内径和外径之间的截面。根据本发明的一个实施方式，所述步骤2、中可以包括先从所述柱坐标系的极点 0沿极轴正向将所述轴向磁通电机切开，并将该轴向磁通电机平铺，平铺后的第一定子1的铁心所在的平面如图3所示，其中线段a’a”表示P = a的截面的展开图的投影，然后截取线段a’ a”所在的截面即可以得到对应于P = a的展开后的截面，从而得到所述轴向磁通电机的二维视图。根据本发明的另一个实施方式，所述步骤幻可以包括在所述柱坐标系中截取P =a的截面，该截取的P = a的截面为沿柱坐标系的ζ轴纵向延伸的环形截面，然后从所述柱坐标系的极点0沿极轴正向将该截面切开并将切开后的截面平铺得到所述轴向磁通电机的二维视图。通常，轴向磁通电机还具有第二定子3，所述转子2位于所述第一定子1和第二定子3之间，轴向磁通电机的磁场方向为轴向，转子2上的硅钢片5产生的磁场沿转子2的旋转轴方向穿过第一定子1和第二定子3，通过截取P = a的轴向磁通电机的截面，并将该截面平铺展开，得到轴向磁通电机的二维视图，可以良好覆盖轴向磁通电机的磁力线。优选地，在所述步骤2、中，可以截取所述轴向磁通电机的截面包括根据不同的a 值截取轴向磁通电机的多个截面；在所述步骤3)中，利用多个所述P = a的轴向磁通电机的截面，得到多个二维视图；在所述步骤4)中，分别在所述多个二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿真数据。该轴向磁通电机的二维仿真方法还可以包括步骤4)将所述多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加，诸如对仿真数据进行累加后取平均值，或者对仿真数据进行积分等，从而可以准确地获得整个轴向磁通电机的各个仿真数据。通常，在所述轴向磁通电机的二维视图上可以仿真轴向磁通电机的扭矩、电流、电压、磁密和漏磁系数等数据。对扭矩，电流，电压，磁密，漏磁系数等各个数据仿真的过程是本领域技术人员所公知的，在此不再累述。所述轴向磁通电机可以为多极电机，其中，所述多极电机中的“极”指转子2上的永磁体，在图1中所示出的示例中，即指定子2上的硅钢片5，多极电机中的“槽”指第一定子1和第二定子3上两个相邻齿状凸起4之间的凹槽。若多极电机的极数为P，槽数为z，p 和ζ的最大公约数为t，ρ = p0t, ζ =、t，则该多极电机可以被划分为t个单元电机，每个单元电机由Ptl个极和、个槽组成。当所述轴向磁通电机为多极电机时，可以先将该多极电机划分成t个单元电机， 然后对其中一个单元电机执行步骤1) 步骤4)，先建立柱坐标系(P，θ，z)，截取ρ = a的所述单元电机的截面以得到单元电机的二维视图，在所述单元电机的二维视图上仿真并显示单元电机的各个仿真数据。在轴向磁通电机的二维视图上仿真所述一个单元电机的各个仿真数据后，可以将该一个单元电机的各个仿真数据乘以t，以得到整个轴向磁通电机的各个仿真数据。或者，对其中一个单元电机按照上述步骤1) 步骤4)，分别截取单元电机的多个截面从而获得多个二维视图，并将该多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加。在将一个单元电机的多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加后，可以将该叠加得到的各个仿真数据乘以t，以得到整个轴向磁通电机的各个仿真数据。图4示出了轴向磁通电机的单元电机的二维视图的一个示例，其中绕组6缠绕在第一定子1和第二定子3的齿状凸起4上，转子2位于第一定子1和第二定子3之间，磁力线从转子2上面的一个硅钢片5穿过第一定子1和第二定子3上的齿状凸起4到达另一个硅钢片5，该轴向磁通电机单元电机的二维视图，可以良好覆盖轴向磁通电机的磁力线。利用本发明提供的轴向磁通电机的2D仿真方法，将轴向磁通电机的3D仿真转换成了 2D仿真，在保证仿真精度不变、仿真数据准确的情况下，大大减少了仿真资源，明显减少了仿真中数据处理的时间，缩短了轴向磁通电机的开发周期。
权利要求
1.一种轴向磁通电机的二维仿真方法，其中所述轴向磁通电机包括转子( 和第一定子(1)，所述转子O)的旋转轴垂直于所述第一定子(1)的铁心所在的平面，所述第一定子 (1)的铁心的圆心位于所述转子O)的旋转轴上，该轴向磁通电机的二维仿真方法包括以下步骤步骤1)以所述第一定子(1)的铁心的圆心为极点0，以所述第一定子(1)的铁心的任一径向为极轴，以所述转子O)的旋转轴为Z轴，建立柱坐标系(P，θ，Z)；步骤2)通过截取P = a的所述轴向磁通电机的截面以得到轴向磁通电机的二维视图，其中A<a<B，A为所述第一定子(1)的铁心的内半径，B为所述第一定子(1)的铁心的外半径；步骤幻在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿真数据。
2.根据权利要求1所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中，所述步骤2)包括先从所述柱坐标系的极点0沿极轴正向将所述轴向磁通电机切开，并将该轴向磁通电机平铺，然后在平铺的轴向磁通电机上截取对应于P =a的展开后的截面以得到所述轴向磁通电机的二维视图。
3.根据权利要求1所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中，所述步骤2、包括在所述柱坐标系中截取P = a的截面，该截取的P = a的截面为沿柱坐标系的ζ轴纵向延伸的环形截面，然后从所述柱坐标系的极点0沿极轴正向将该截面切开并将切开后的截面平铺得到所述轴向磁通电机的二维视图。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中， 当所述轴向磁通电机为多极电机时，并且所述多极电机的极数为P，槽数为z，P和ζ的最大公约数为t，则先将所述多极电机划分成t个单元电机，然后对其中一个单元电机执行步骤 1) 步骤3)。
5.根据权利要求4所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中，在所述步骤幻中，在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真所述一个单元电机的各个仿真数据后，将该一个单元电机的各个仿真数据乘以t，以得到整个轴向磁通电机的各个仿真数据。
6.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中， 重复多次执行步骤2、 步骤幻，每次取不同的a值，从而得到多个二维视图，以分别在该多个二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿真数据。
7.根据权利要求6所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，该方法还包括，步骤4)将所述多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加。
8.根据权利要求7所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中，当所述轴向磁通电机为多极电机时，并且所述多极电机的极数为P，槽数为z，P和ζ的最大公约数为t，则先将所述多极电机划分成t个单元电机，然后对其中一个单元电机执行步骤1) 步骤4)。
9.根据权利要求8所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中，在所述步骤4)中，在将一个单元电机的多个二维视图上的各个仿真数据分别进行叠加后，将该叠加得到的各个仿真数据乘以t，以得到整个轴向磁通电机的各个仿真数据。
10.根据权利要求1所述的轴向磁通电机的二维仿真方法，其中，在所述步骤4)中，在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真该轴向磁通电机的扭矩、电流、电压、磁密和漏磁系数中的一种或多种数据。
全文摘要
本发明提出了一种轴向磁通电机的二维仿真方法，其中轴向磁通电机具有转子和第一定子，转子的旋转轴垂直于第一定子的铁心所在的平面，第一定子的铁心的圆心位于所述转子的旋转轴上，该方法包括以第一定子的铁心的圆心为极点O，以第一定子的铁心的任一径向为极轴，以转子的旋转轴为z轴，建立柱坐标系(ρ，θ，z)；通过截取ρ＝a的所述轴向磁通电机的截面以得到轴向磁通电机的二维视图，其中A＜a＜B，A为第一定子的铁心的内半径，B为第一定子的铁心的外半径；在所述轴向磁通电机的二维视图上仿真并显示轴向磁通电机的各个仿真数据。利用该2D仿真方法，大大减少了仿真资源，明显减少了数据处理的时间，缩短了开发周期。
文档编号G01R31/34GK102486812SQ20101058962
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者范溟鲲 申请人:比亚迪股份有限公司