内置式永磁同步电机永磁体的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘方法与流程

1.本发明属于电机领域，尤其涉及电机矫顽力的计算。


背景技术：

2.20世纪90年代以来，电机控制技术的发展和高性能永磁材料的应用，使得永磁同步电机凭借其具有优越的效率、高功率密度、高转矩电流比、结构紧凑、永磁体材料结构多样性和易于实现高精度的伺服控制优势凸显，尤其是在某些应用场合，如航空航天、军工、电动汽车、工业机器人等领域更受外界的关注。由于铷铁硼永磁材料凭借其优异的磁性能及相对较低的价格，成为永磁同步电机永磁体主要选用的永磁材料。但由于永磁同步电机对散热条件较为苛刻，更易受到电、磁、热及机械等应力的影响，易产生不可逆退磁。
3.矫顽力提升的倍数越高，渗透的深度越大，永磁体就越不容易发生退磁。矫顽力提升倍数是和渗透镝铽等元素浓度相关的，渗透的浓度越高，矫顽力提升的趋势会逐渐降低。因此，在实际操作时不能够无限提升矫顽力倍数，所以如何调整稀土渗透深度与矫顽力提升倍数的关系就成为了一个难题。


技术实现要素：

4.本发明是为了调整稀土渗透深度与矫顽力提升倍数的关系来避免永磁体的退磁，现提供内置式永磁同步电机永磁体的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘方法。
5.内置式永磁同步电机永磁体的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘方法，永磁体渗有稀土的角包括一类角和二类角，其中，一类角为处于受电枢反向磁场影响最大位置或处于漏磁位置的角，二类角为除一类角以外的剩余角，
6.矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘方法包括以下步骤：
7.区域划分步骤：将一类角渗有稀土的扇形区域用两个半径不等的弧划分为三个区域，其中由扇形的顶点至弧分别为顶部区域、中部区域和边缘区域，
8.将二类角渗有稀土的扇形区域用一个弧划分为两个区域，其中由扇形的顶点至弧分别为顶部区域和边缘区域，
9.所述弧均与所在扇形区域同心；
10.一类角渗稀土区域的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘步骤：
11.采集电机处于恒峰值功率工况下基速工作点的初始退磁深度r4和初始退磁率d1，利用该初始退磁率d1计算初始矫顽力提升倍数k
hcj1
，
12.保持电机温度不变，采集顶部区域各转速工作点的退磁深度和退磁率，选取最大退磁率d2计算最大矫顽力提升倍数k
hcj2
，选取最大退磁深度作为顶部区域退磁深度r1，
13.保持电机温度不变，采集边缘区域各转速工作点的退磁深度，选取最大退磁深度作为顶部区域退磁深度r3，选取最小退磁深度作为中部区域退磁深度r2，
14.根据下式分别计算不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
：
15.当0《r《r1时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0016][0017]
当r1《r《r2时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0018][0019]
当r2《r《r3时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0020][0021]
根据不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
描绘获得矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线；
[0022]
二类角渗稀土区域的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘步骤：
[0023]
采集电机处于恒峰值功率工况下基速工作点的初始退磁深度r7和初始退磁率d3，利用该初始退磁率d3计算初始矫顽力提升倍数k
hcj3
，
[0024]
保持电机温度不变，采集边缘区域各转速工作点的退磁深度，选取最大退磁深度作为顶部区域退磁深度r6，选取最小退磁深度作为顶部区域退磁深度r5，
[0025]
根据下式分别计算不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
：
[0026]
当0《r《r5时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0027][0028]
当r5《r《r6时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0029][0030]
根据不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
描绘获得矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线。
[0031]
进一步的，通过仿真的方式对电机的各个工作点进行退磁分析。仿真的方式为仿真软件jmag。
[0032]
进一步的，上述计算初始矫顽力提升倍数k
hcj1
的方法为：
[0033]
根据以下公式计算d1对应的退磁后永磁体剩磁
[0034][0035]
通过以下公式计算初始矫顽力提升倍数k
hcj1
：
[0036][0037]
其中，kr和kd分别为永磁体退磁前和退磁后磁化曲线的斜率，h
cb1
为永磁体退磁前的内禀矫顽力，b为退磁前永磁体剩磁。
[0038]
进一步的，上述计算最大矫顽力提升倍数k
hcj2
的方法为：
[0039]
根据以下公式计算d2对应的退磁后永磁体剩磁
[0040][0041]
通过以下公式计算初始矫顽力提升倍数k
hcj2
：
[0042][0043]
其中，kr和kd分别为永磁体退磁前和退磁后磁化曲线的斜率，h
cb1
为永磁体退磁前的内禀矫顽力，b为退磁前永磁体剩磁。
[0044]
进一步的，上述计算初始矫顽力提升倍数k
hcj3
的方法为：
[0045]
根据以下公式计算d3对应的退磁后永磁体剩磁
[0046][0047]
通过以下公式计算初始矫顽力提升倍数k
hcj3
：
[0048][0049]
其中，kr和kd分别为永磁体退磁前和退磁后磁化曲线的斜率，h
cb1
为永磁体退磁前的内禀矫顽力，b为退磁前永磁体剩磁。
[0050]
本发明以一种矫顽力较弱的永磁体为基体进行选区渗稀土，并根据内置式永磁同步电机在恒峰值功率工况下运行时，在一定高温下，随着不同转速的变化对永磁体易发生退磁位置以及永磁体退磁时的规律，设计了适用于该类电机上的选区渗稀土永磁体的矫顽力提升倍数与渗稀土深度的关系，在保证电机运行性能不变的情况下，既可以减少稀有稀土元素的用量，又提升了永磁体在电机运行过程中的抗退磁能力和温度稳定性。
附图说明
[0051]
图1为电机转矩转速特性曲线图；
[0052]
图2为磁化曲线图；
[0053]
图3为一类角渗稀土区域的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线图；
[0054]
图4为二类角渗稀土区域的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线图；
[0055]
图5为一类角渗稀土后稀土分布示意图；
[0056]
图6为二类角渗稀土后稀土分布示意图；
[0057]
图7为永磁体一类角和二类角渗稀土后矫顽力提升倍数分布具体数值示意图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0059]
永磁同步电机的磁体选区渗稀土方法是一种在以矫顽力较弱的永磁体为基体的基础上，对易退磁部位进行选区渗稀土，进而改变渗稀土深度与矫顽力提升倍数的关系，与使用传统永磁体的电机相比，实现了在电机性能没有影响的情况下，提高永磁体的抗退磁能力。电机运行不发生退磁，矫顽力提升倍数和渗透镝铽等元素浓度相关，渗透的浓度越高，矫顽力提升的趋势就会逐渐降低。渗透深度越深，元素越难渗透进去。再通过计算的方式确定矫顽力提升倍数与渗透深度关系和确定矫顽力提升最大倍数。以下将结合附图来详细说明本发明的实施方式。
[0060]
具体实施方式一：参照图1至7具体说明本实施方式，本实施方式所述的内置式永磁同步电机永磁体的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘方法，首先对永磁体渗有稀土的角区分为两类，一类角为处于受电枢反向磁场影响最大位置或处于漏磁位置的角，二类角为除一类角以外的剩余角。
[0061]
基于以上角的区分，本实施方式中矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘方法包括以下步骤：
[0062]
区域划分步骤：
[0063]
一类角的分区：将一类角渗有稀土的扇形区域用两个半径不等的弧划分为三个区域，其中由扇形的顶点至弧分别为顶部区域、中部区域和边缘区域。
[0064]
二类角的分区：将二类角渗有稀土的扇形区域用一个弧划分为两个区域，其中由扇形的顶点至弧分别为顶部区域和边缘区域。
[0065]
上述两类角中划分区域的弧均与其所在扇形区域同心。
[0066]
一类角渗稀土区域的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘步骤：
[0067]
通过仿真软件jmag对电机处于恒峰值功率工况下基速工作点进行退磁分析，从而采集获得电机处于恒峰值功率工况下基速工作点的初始退磁深度r4和初始退磁率d1。
[0068]
根据以下公式计算d1对应的退磁后永磁体剩磁
[0069][0070]
再利用上述退磁后永磁体剩磁通过以下公式计算初始矫顽力提升倍数k
hcj1
：
[0071][0072]
其中，kr和kd分别为永磁体退磁前和退磁后磁化曲线的斜率，h
cb1
为永磁体退磁前的内禀矫顽力，b为退磁前永磁体剩磁。
[0073]
保持电机温度不变，通过仿真软件jmag对电机顶部区域各转速工作点(各转速工作点必然包括峰值转速工作点)进行退磁分析，采集获得顶部区域各转速工作点的退磁深度和退磁率。将这些采集到的退磁深度和退磁率进行排序，选取最大退磁深度作为顶部区域退磁深度r1。
[0074]
选取最大退磁率d2计算d2对应的退磁后永磁体剩磁
[0075][0076]
通过以下公式计算初始矫顽力提升倍数k
hcj2
：
[0077][0078]
其中，kr和kd分别为永磁体退磁前和退磁后磁化曲线的斜率，h
cb1
为永磁体退磁前的内禀矫顽力，b为退磁前永磁体剩磁。
[0079]
保持电机温度不变，通过仿真软件jmag对电机边缘区域各转速工作点进行退磁分析，采集获得边缘区域各转速工作点的退磁深度，选取最大退磁深度作为顶部区域退磁深度r3，选取最小退磁深度作为中部区域退磁深度r2。
[0080]
根据下式分别计算不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
：
[0081]
当0《r《r1时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0082][0083]
当r1《r《r2时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0084][0085]
当r2《r《r3时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0086][0087]
根据不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
描绘获得矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线。
[0088]
经过上述操作，最后形成的结果是：
[0089]
顶部区域矫顽力提升倍数最高，且关于矫顽力提升倍数与永磁体渗透深度关系形成的斜率最高，渗透深度要求较浅；中部区域矫顽力提升倍数低于顶部区域，且关于矫顽力提升倍数与永磁体渗透深度关系形成的斜率小于顶部区域，渗透深度要求较宽；边缘区域矫顽力提升倍数最低，且关于矫顽力提升倍数与永磁体渗透深度关系形成的斜率最小，但渗透深度要最宽阔。
[0090]
二类角渗稀土区域的矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线描绘步骤：
[0091]
通过仿真软件jmag对电机处于恒峰值功率工况下基速工作点进行退磁分析，从而采集获得电机处于恒峰值功率工况下基速工作点的初始退磁深度r7和初始退磁率d3。
[0092]
根据以下公式计算d3对应的退磁后永磁体剩磁
[0093][0094]
再利用上述退磁后永磁体剩磁通过以下公式计算初始矫顽力提升倍数k
hcj3
：
[0095][0096]
其中，kr和kd分别为永磁体退磁前和退磁后磁化曲线的斜率，h
cb1
为永磁体退磁前的内禀矫顽力，b为退磁前永磁体剩磁。
[0097]
利用该初始退磁率d3计算初始矫顽力提升倍数k
hcj3
，
[0098]
保持电机温度不变，通过仿真软件jmag对电机顶部区域各转速工作点进行退磁分析，采集获得边缘区域各转速工作点的退磁深度。将这些采集到的退磁深度进行排序，选取最大退磁深度作为顶部区域退磁深度r6，选取最小退磁深度作为顶部区域退磁深度r5，
[0099]
根据下式分别计算不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
：
[0100]
当0《r《r5时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0101][0102]
当r5《r《r6时，矫顽力提升倍数k
hcj
为：
[0103][0104]
根据不同退磁深度r对应的矫顽力提升倍数k
hcj
描绘获得矫顽力提升倍数与渗稀土深度关系曲线。
[0105]
经过上述操作，最后形成的结果是：
[0106]
顶部区域矫顽力提升倍数最高，且关于矫顽力提升倍数与永磁体渗透深度关系形成的斜率最高，渗透深度要求宽阔；边缘区域矫顽力提升倍数最低，且关于矫顽力提升倍数与永磁体渗透深度关系形成的斜率最小，但渗透深度要宽阔。
[0107]
本实施方式中，每一个部分的矫顽力提升倍数与永磁体渗透深度关系呈负线性相关，且每个部分相连接处的矫顽力提升倍数相等。
[0108]
当永磁体宽边(3.55mm)两个角分别采用一类角和二类角渗稀土后矫顽力提升倍数分布具体数值如图7所示，其中r1＝1.56mm，r2＝r5＝3.13mm，r3＝r6＝3.55mm。
[0109]
本实施方式中，永磁体选用以矫顽力较弱，既含有较少或无稀土元素的永磁材料为基体，通过对该类型永磁体局部位置(电机在运行过程中，永磁体易发生漏磁的位置或所受合成反向磁场最大的位置)进行渗稀土，以退磁最严重出的退磁率以及退磁面积为基础，进而确定渗稀土深度与矫顽力提升倍数的关系和所需提升的最大矫顽力提升倍数的具体数值。当电机运行在高温度且具有很强的反向磁场工况时，与传统永磁体相比，采用选区渗稀土的永磁体抗退磁能力增强，不易产生不可逆退磁退磁。采用选区渗稀土的永磁体其剩磁没有下降，几乎一致，进而保证电机的运行性能一致。
[0110]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。