本发明涉及永磁同步电机，尤其涉及一种内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法。
背景技术：
1、永磁同步电机以其高功率密度、宽调速范围等良好的性能广泛应用于电动汽车领域。与其他应用场合的永磁同步电机相比，电动汽车用永磁同步电机在设计时追求更高的功率密度、轻量化以及宽调速范围，但同时也会存在电机结构复杂，结构刚度较差，更加容易产生较大的振动噪声，因此抑制电机电磁振动和噪声成为电动汽车领域一个重要的研究课题。
2、电机的主要噪声源为气隙中基波磁场和谐波磁场相互作用产生随时间和空间变化的径向电磁力，其作用于定子，使定子振动而辐射噪声。抑制电机的电磁振动和噪声，首先要分析电机的径向电磁力，而建立径向电磁力的模型是分析电磁力的基础。目前建立永磁同步电机径向电磁力的模型的方法主要是解析法和有限元法。有限元法是一种成熟且可信度高的计算电磁力的手段，但有限元法模型搭建较为繁琐，参数调整过程耗时较长。解析法模型中参数意义明确，调整直接，能够反映径向电磁力的产生机理，对于电机在设计阶段进行电磁振动和噪声的抑制有直接的指导意义。
3、然而，传统的解析法主要是通过磁势乘磁导法计算气隙磁场，再根据maxwell应力方程推导出径向电磁力波的表达式，但该方法仅能定性地对径向电磁力进行分析，无法得到电磁力的准确数值。同时，目前现有的一些方法在解析计算电机径向电磁力时忽略了磁场饱和、漏磁等非线性条件。因此，对于内置式永磁同步电机，由于其较高的功率密度，在负载状态下转子会出现较严重的饱和问题，忽略饱和状态计算得到的径向电磁力与实际会存在较大误差。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，用以解决现有内置式永磁同步电机径向电磁力计算未考虑转子不对称饱和而造成结果误差较大的问题。
2、本发明实施例提供了一种内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，包括：
3、获取内置式永磁同步电机运行后电机转过的电角度为θ时的气隙半径、气隙长度和气隙磁阻；
4、根据获取的气隙半径、气隙长度和电机转过的电角度，得到内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导；
5、根据获取的电机三相电流和电机转过的电角度，得到内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时定子侧磁动势；
6、根据获取的气隙长度、气隙半径和气隙磁阻，以及电机转过的电角度、内置式永磁同步电机的气隙磁导和定子侧磁动势，得到内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势；
7、基于所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导、定子侧磁动势和转子侧磁动势，得到内置式永磁同步电机在电机转过的电角度为θ时的径向电磁力。
8、进一步地，通过执行以下步骤得到所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势：
9、根据获取的气隙长度和气隙磁阻，得到转子磁动势最大值；
10、根据获取的气隙半径，以及电机转过的电角度、内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导和定子侧磁动势，得到在电机转过的电角度为θ时转子左、右两侧转子隔磁桥磁通，进而得到极靴部分的磁通，继而得到转子的磁动势降落；
11、基于所述转子磁动势最大值和转子的磁动势降落，得到所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势。
12、进一步地，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时径向电磁力pr(θ)表示为：
13、
14、式中，fs(θ)表示内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时定子侧磁动势；fr(θ)表示内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势；λ(θ)表示内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导；μ0表示真空磁导率。
15、进一步地，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势fs(θ)表示为：
16、
17、式中，frl、frr分别表示为转子左、右两侧隔磁桥处转子磁动势；frm表示转子磁动势最大值；αm表示永磁体所跨弧长对应的电角度，αb表示电机一对极对应的电角度；δf(θ)表示转子的磁动势降落。
18、进一步地，所述转子的磁动势降落δf(θ)表示：
19、
20、其中，
21、
22、
23、
24、式中，ht、hr分别表示转子极靴处切向、径向磁场强度，是基于转子极靴处切向、径向磁场密度bjt和bjr，通过查b-h曲线得到；l1表示转子上侧隔磁桥宽度；hr表示二分之一的转子内外径之差；分别表示在内置式永磁同步电机转过的电角度为θ时转子左、右侧转子隔磁桥磁通；δ表示为微分算子。
25、进一步地，所述转子极靴处切向、径向磁场密度bjt和bjr分别表示为：
26、
27、bjr＝bg
28、其中，
29、
30、式中，lst表示转子铁芯叠片轴向有效长度，bg表示电机气隙磁密；
31、所述在内置式永磁同步电机转过的电角度为θ时转子左、右侧转子隔磁桥磁通分别表示：
32、
33、
34、式中，bbl、bbr分别表示为转子左、右两侧隔磁桥处铁心的磁通密度；lribl、lribr分别表示为转子左、右两侧隔磁桥宽度；r表示气隙半径；fs(θ)表示内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的定子磁动势；λ(θ)表示内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导。
35、进一步地，通过联立下列各式得到转子磁动势最大值frm：
36、
37、式中，brib表示转子隔磁桥处铁心的磁通密度，是基于磁桥的磁场强度hrib，通过查b-h曲线得到，且hrib＝frm/(αb-αm)rr；bsat为隔磁桥处铁心的饱和磁通密度；bpm表示永磁体气隙磁密；wm表示转子永磁体长度；rpm表示转子永磁体内磁阻；hm表示转子永磁体宽度；h1表示转子下隔磁槽下底长度；h′1表示转子下隔磁槽上底长度；h2表示转子上隔磁槽下底长度；h′2表示转子上隔磁槽上底长度；g表示气隙长度；rg表示气隙磁阻；μr表示相对磁导率；ror表示二分之一的转子外径。
38、进一步地，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导λ(θ)表示为：
39、
40、其中，
41、
42、
43、
44、其中，通过联立下式得到中间变量v：
45、
46、式中，g表示气隙长度；b0表示定子槽开口弧度；τs表示定子齿槽跨距弧度；ris表示二分之一的定子内径；r表示气隙半径。
47、进一步地，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时定子侧磁动势fs(θ)表示为：
48、fs(θ)＝f1+f2+…+fm
49、其中，
50、
51、
52、
53、式中，m表示内置式永磁同步电机每个极下的齿的数目；i表示电机通入的三相对称电流的电流有效值；p为电机极对数；kwz表示绕组系数；n表示绕组匝数；表示电机初相角，z表示中间变量。
54、进一步地，所述内置式永磁同步电机每个极下的齿的数目m为电机槽数与电机极数之比。
55、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果：
56、本发明提供的一种内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，通过获取的内置式永磁同步电机运行后数据，得到气隙磁导、定子侧磁动势和转子侧磁动势，进而给出了径向电磁力的计算公式，该过程考虑了转子不对称饱和，使得得到的径向电磁力更加准确，并且该公式能够反应电磁力与电机各结构参数的关系，有利于在设计阶段快速改进电机结构来抑制电机电磁振动和噪声。
57、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
1.一种内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，通过执行以下步骤得到所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势：
3.根据权利要求2所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时径向电磁力pr(θ)表示为：
4.根据权利要求3所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时转子侧磁动势fs(θ)表示为：
5.根据权利要求4所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，所述转子的磁动势降落δf(θ)表示：
6.根据权利要求5所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，通过联立下列各式得到转子磁动势最大值frm：
8.根据权利要求7所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时的气隙磁导λ(θ)表示为：
9.根据权利要求8所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，所述内置式永磁同步电机在转过的电角度为θ时定子侧磁动势fs(θ)表示为：
10.根据权利要求9所述的内置式永磁同步电机径向电磁力的计算方法，其特征在于，所述内置式永磁同步电机每个极下的齿的数目m为电机槽数与电机极数之比。
