一种IPM永磁电机的峰值转矩模拟测试方法及模拟测试系统与流程

本发明涉及ipm永磁电机技术领域，尤其涉及一种ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法及模拟测试系统。

背景技术：

目前，电机作为一种能量转换工具被广泛用于交通、工业、航空等场所，已成为国家现代化建设不可缺少的一部分，随着日益严峻的能源政策，开发高性能、低成本的电机成为迫切需求。

特别地，在汽车驱动电机领域，ipm(interiorpermanentmagnet，内置永磁)电机凭借效率高，调速性能优良而广泛采用，例如，ipm与spm(surface-mountedpermanentmagnet，表贴式永磁)电机相比较，在相同单位电流下，前者由于可以提供部分磁阻转矩，具有更高的转矩输出能力。

同时，应根据汽车的实际需求，对ipm电机的峰值转矩有技术要求，因此，在开发ipm电机之后，需要测试ipm电机的峰值转矩。

目前，ipm电机的峰值转矩需要通过试验测试来获得，不仅增加开发周期，增加制作成本，又费时费力。

因此，提供一种ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法及模拟测试系统。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法及模拟测试系统，利用仿真技术解决了实际试验开发周期长，制作成本高，费时费力的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，包括：

提供虚拟ipm永磁电机；

测试虚拟ipm永磁电机在转矩角为0下的初始转矩；

按照预定转矩角步长逐次递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在每次递增后转矩角下的递增转矩；

当第n次递增转矩小于第n-1次递增转矩时，则在第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间通过逐次调整虚拟ipm永磁电机的递增转矩角，选取出第n次递增转矩与第n-1次递增转矩之间的最大转矩，作为虚拟ipm永磁电机的峰值转矩。

进一步地，上述ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，还包括：

当第n次递增转矩小于第n-1次递增转矩时，获取第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在中间递增转矩角下的中间递增转矩；

判断中间递增转矩是否大于第n次递增转矩；

若中间递增转矩大于第n次递增转矩，则获取中间递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的二次中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在二次中间递增转矩角下的二次中间递增转矩，并判断二次中间递增转矩是否大于中间递增转矩，直到找出中间递增转矩与二次中间递增转矩之间的最大转矩。

进一步地，上述ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，还包括：当相邻转矩角相对应的相邻转矩之差的绝对值小于预设值时，相邻转矩的平均值为最大转矩。

进一步地，采用有限元技术根据实际ipm永磁电机参数构建虚拟ipm永磁电机。

进一步地，实际ipm永磁电机参数包括ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度、以及基于实际ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度获取的ipm永磁电机的电阻值和电抗值。

根据本发明的另一方面，提供一种ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统，包括：

虚拟ipm永磁电机存储模块，用于提供虚拟ipm永磁电机；

虚拟ipm永磁电机运转模拟模块，用于测试虚拟ipm永磁电机在转矩角为0下的初始转矩，并按照预定转矩角步长逐次递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在每次递增后转矩角下的递增转矩；

峰值转矩测试模块，用于在第n次递增转矩小于第n-1次递增转矩时，则在第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间通过逐次调整虚拟ipm永磁电机的递增转矩角，选取出第n次递增转矩与第n-1次递增转矩之间的最大转矩，作为虚拟ipm永磁电机的峰值转矩。

进一步地，峰值转矩测试模块，还用于：

获取第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在中间递增转矩角下的中间递增转矩；

判断中间递增转矩是否大于第n次递增转矩；

若中间递增转矩大于第n次递增转矩，则获取中间递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的二次中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在二次中间递增转矩角下的二次中间递增转矩，并判断二次中间递增转矩是否大于中间递增转矩，直到找出中间递增转矩与二次中间递增转矩之间的最大转矩。

进一步地，峰值转矩测试模块，还用于：

当相邻转矩角相对应的相邻转矩之差的绝对值小于预设值时，相邻转矩的平均值为最大转矩。

进一步地，上述ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统，还包括：虚拟ipm永磁电机构建模块，用于采用有限元技术根据实际ipm永磁电机参数构建虚拟ipm永磁电机。

进一步地，在虚拟ipm永磁电机构建模块中，实际ipm永磁电机参数包括ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度、以及基于实际ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度获取的ipm永磁电机的电阻值和电抗值。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法和模拟测试系统，无需测试，利用仿真技术准确获得ipm永磁电机的峰值转矩，为ipm永磁电机的前期开发与测试评估提供帮助。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法步骤图；

图2是本发明的最大转矩查找示意图；

图3是本发明的最大转矩对应转矩角查找示意图；

图4是本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法步骤图，参见图1，本发明提供的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，包括：

s1，提供虚拟ipm永磁电机；

s2，测试虚拟ipm永磁电机在转矩角为0下的初始转矩；

s3，按照预定转矩角步长逐次递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在每次递增后转矩角下的递增转矩；

s4，当第n次递增转矩小于第n-1次递增转矩时，则在第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间通过逐次调整虚拟ipm永磁电机的递增转矩角，选取出第n次递增转矩与第n-1次递增转矩之间的最大转矩，作为虚拟ipm永磁电机的峰值转矩。

具体地，设预定转矩角步长为θ时，第1次递增转矩角为θ，第1次递增转矩为tθ。θ可以为1°。

测试虚拟ipm永磁电机在不同转矩角下的转矩。设置0转矩角转矩为t0，在电机运行稳定后的某时刻，从0转矩角点依次递增转矩角θ：

若在0+θ处获得转矩值tθ大于t0，则取0+2θ为转矩角并获得转矩值t2θ；

若在0+2θ处所的转矩值t2θ大于tθ，则取0+3θ为转矩角并获得转据值t3θ；

若在0+3θ转矩角处获得转矩t3θ大于t2θ，则取0+4θ为转矩角并获得转据值t4θ，

……

若在0+nθ转矩角处获得转矩tnθ小于t(n-1)θ，则在tnθ与t(n-1)θ之间选取最大转矩。

本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，无需测试，利用仿真技术准确获得ipm永磁电机的峰值转矩，为ipm永磁电机的前期开发与测试评估提供帮助。

进一步地，上述ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，还包括：

当第n次递增转矩小于第n-1次递增转矩时，获取第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在中间递增转矩角下的中间递增转矩；

判断中间递增转矩是否大于第n次递增转矩；

若中间递增转矩大于第n次递增转矩，则获取中间递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的二次中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在二次中间递增转矩角下的二次中间递增转矩，并判断二次中间递增转矩是否大于中间递增转矩，直到找出中间递增转矩与二次中间递增转矩之间的最大转矩。

具体地，参见图2和图3，当n＝2时，在0+2θ处所得转矩值t2θ小于tθ，则取0+3θ/2为转矩角，并获得转据值t3θ/2；判断t3θ/2是否大于t2θ；

若t3θ/2大于t2θ，则取(θ+3θ/2)/2为转矩角并获得转据值t5θ/4；判断t5θ/4是否大于t3θ/2，直到在t5θ/4与t3θ/2之间找出最大转矩。

实质上，查找最大转矩的原则为：取相邻三个转矩角中转矩值最大的两个转矩值对应转矩角的中间值为新转矩角，直到找到最大转矩角。

本发明利用以上折半法快速仿真出转矩最大值时的临界点，节省时间，效率好。

进一步地，上述ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试方法，还包括：当相邻转矩角相对应的相邻转矩之差的绝对值小于预设值时，相邻转矩的平均值为最大转矩。

具体地，预设值根据ipm永磁电机的实际工作情况而定。当ipm永磁电机为8级电机，在40kw功率下工作而且转速为1500转时，转矩t为9.55p/n＝9.55*40*1000/1500n·m＝255n·m，预设值通常为转矩的0.2％～0.5％，因此，当前预设值为0.5～1.3。

进一步地，采用有限元技术根据实际ipm永磁电机参数构建虚拟ipm永磁电机。实际ipm永磁电机参数包括ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度、以及基于实际ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度获取的ipm永磁电机的电阻值和电抗值。

采用有限元技术根据实际ipm永磁电机参数构建虚拟ipm永磁电机具体实施如下：

根据实际ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度通过ansoftrmxprt软件建立虚拟ipm永磁电机，并通过实际ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度获得ipm永磁电机的电阻值和电抗值，病添加电流激励源与必要辅助条件，即添加正弦电流激励源、网格划分和边界条件。特别指出的是，在maxwell2d模型下的转子磁极中线与a相绕组轴线重合。其中，虚拟ipm永磁电机的构建方法有两种：(1)通过maxwell软件的2d绘图软件建模导入；(2)通过ansoftrmxprt软件联合maxwell自动生成虚拟ipm永磁电机。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

图4是本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统框图，参见图4，本发明提供的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统，包括：

虚拟ipm永磁电机存储模块，用于提供虚拟ipm永磁电机；

虚拟ipm永磁电机运转模拟模块，用于测试虚拟ipm永磁电机在转矩角为0下的初始转矩，并按照预定转矩角步长逐次递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在每次递增后转矩角下的递增转矩；

峰值转矩测试模块，用于在第n次递增转矩小于第n-1次递增转矩时，则在第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间通过逐次调整虚拟ipm永磁电机的递增转矩角，选取出第n次递增转矩与第n-1次递增转矩之间的最大转矩，作为虚拟ipm永磁电机的峰值转矩。

进一步地，峰值转矩测试模块，还用于：

获取第n次递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在中间递增转矩角下的中间递增转矩；

判断中间递增转矩是否大于第n次递增转矩；

若中间递增转矩大于第n次递增转矩，则获取中间递增转矩角与第n-1次递增转矩角之间的二次中间递增转矩角，并测试虚拟ipm永磁电机在二次中间递增转矩角下的二次中间递增转矩，并判断二次中间递增转矩是否大于中间递增转矩，直到找出中间递增转矩与二次中间递增转矩之间的最大转矩。

进一步地，峰值转矩测试模块，还用于：

当相邻转矩角相对应的相邻转矩之差的绝对值小于预设值时，相邻转矩的平均值为最大转矩。

进一步地，上述ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统，还包括：虚拟ipm永磁电机构建模块，用于采用有限元技术根据实际ipm永磁电机参数构建虚拟ipm永磁电机。

进一步地，在虚拟ipm永磁电机构建模块中，实际ipm永磁电机参数包括ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度、以及基于实际ipm永磁电机的绕组线径、匝数、并联支路数、铁芯长度、绕组端部长度获取的ipm永磁电机的电阻值和电抗值。

本发明的ipm永磁电机的峰值转矩模拟测试系统，无需测试，利用仿真技术准确获得ipm永磁电机的峰值转矩，为ipm永磁电机的前期开发与测试评估提供帮助。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。