一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法，涉及电机制造技术领域，根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，确定电机极对数、定子绕组方案、永磁体材料、定子和转子的材料的选择，完成电机的定子、转子结构，建立高速永磁辅助同步磁阻电机的初始模型。利用有限元软件，对电机的电磁性能、转子应力进行仿真验证。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点，设计了一种新型高速永磁辅助同步磁阻电机的转子结构，使用多目标优化方法，对转子结构进行优化，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩以及转子的旋转应力，满足高速永磁辅助同步磁阻电机的设计要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法


[0001]本专利技术涉及电机制造
，具体为一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法。

技术介绍

[0002]随着稀土永磁材料的枯竭，稀土永磁体的供应无法跟上需求，导致稀土永磁体的价格比较昂贵，此外，稀土永磁材料在高温下容易退磁。于是，学者对稀土永磁电机的替代电机做了大量研究，例如同步磁阻电机，但同步磁阻电机的功率密度相对较低，学者们开始研究永磁辅助同步磁阻电机，为了进一步提升电机的功率密度，学者开始研究高速永磁辅助同步磁阻电机，并使用价格相对低廉的铁氧体作为辅助永磁体。因此，我们提出了一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法。

技术实现思路

[0003]根据高速永磁辅助同步磁阻电机本的特点，本专利技术提出了一种新的高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构，使用这种转子拓扑结构，可以降低电机的转矩脉动、齿槽转矩和转子旋转的最大等效应力。本专利技术利用多目标优化方法，进一步提高高速永磁辅助同步磁阻电机的性能，满足设计要求。
[0004]一种高速永磁辅助同步磁阻电机的设计方法，根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，确定电机极对数、定子绕组方案、永磁体材料、定子和转子的材料的选择，完成电机的定子、转子结构，建立高速永磁辅助同步磁阻电机的初始模型。利用有限元软件，对电机的电磁性能、转子应力进行仿真验证。采用多目标优化方法，对转子的结构进行优化，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩以及转子的旋转应力。利用有限元软件，对优化后的电机进行电磁性能、转子应力进行仿真验证，确定优化后的模型满足设计要求，并与初始模型进行对比，得出结论。其具体的设计方法如下：
[0005]步骤1，根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，设计电机的定子、转子结构，包括电机极对数、定子绕组方案、永磁体材料、定子和转子的材料的选择，完成电机的初步设计；
[0006]步骤2，利用有限元软件，对电机的电磁性能、转子应力进行仿真验证；
[0007]步骤3，采用多目标优化方法，对转子的结构进行优化，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩以及转子的旋转应力；
[0008]步骤4，利用有限元软件，对优化后的电机进行电磁性能、转子应力进行仿真验证，与初始模型进行对比，得出结论。
[0009]在本专利技术中进一步的，所述步骤1中的电机初步设计：根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，选择定子和转子材料为DW
‑
31035，永磁材料选为Y30BH，极对数选为2，转子磁障为双层UI形结构。
[0010]在本专利技术中进一步的，所述步骤2中对初始模型的仿真分析：利用有限元软件进行
仿真分析，得到初始模型的电磁转矩为4.09Nm，转矩脉动为5.3％，齿槽转矩为10.25mNm，转子旋转的最大等效应力为227.66Mpa。
[0011]在本专利技术中进一步的，所述步骤3中优化模型的仿真分析：利用多目标优化方法，对初始模型的转子结构进行优化，利用有限元软件对优化后的模型进行仿真分析，得到模型的电磁转矩为4.09Nm，转矩脉动为3.6％，齿槽转矩为7.24mNm，转子旋转的最大等效应力为222.22Mpa。
[0012]在本专利技术中进一步的，所述步骤4中优化前后两种模型的对比：通过多目标优化，转矩脉动下降了32％，齿槽转矩下降了29.4％，转子旋转的最大等效应力下降了2.4％。
[0013]本专利技术根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点，设计了一种新型高速永磁辅助同步磁阻电机的转子结构，使用多目标优化方法，对转子结构进行优化，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩以及转子的旋转应力，满足高速永磁辅助同步磁阻电机的设计要求。
附图说明
[0014]图1为本专利技术中的多目标优化转子部分的结构示意图；
[0015]图2为本专利技术中的高速永磁辅助同步磁阻电机初始模型的数据选取示意图；
[0016]图3为本专利技术中的高速永磁辅助同步磁阻电机优化模型的数据选取示意图；
[0017]图4为本专利技术中初始模型与优化模型的输出电磁转矩对比图；
[0018]图5为本专利技术中初始模型与优化模型的齿槽转矩对比图；
[0019]图6为本专利技术中初始模型与优化模型的转子旋转的等效应力图。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0021]请参阅图1至图6，本专利技术中设计的高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构图中，磁障为双层UI形。
[0022]步骤如下所示。
[0023]步骤1，根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，选择定子和转子材料为DW
‑
31035，永磁材料选为Y30BH，极对数选为2，转子磁障为双层UI形结构。完成电机的初步设计。
[0024]步骤2，利用有限元软件进行仿真分析，得到初始模型的电磁转矩为4.09Nm，转矩脉动为5.3％，齿槽转矩为10.25mNm，转子旋转的最大等效应力为227.66Mpa。
[0025]步骤3，采用多目标优化方法，如图1所示，选取转子结构的4个参数进行优化，以降低电机的转矩脉动、齿槽转矩以及转子的旋转应力。
[0026]步骤4，利用有限元软件，对优化后的电机进行电磁性能、转子应力进行仿真分析，得到优化模型的电磁转矩为4.09Nm，转矩脉动为3.6％，齿槽转矩为7.24mNm，转子旋转的最大等效应力为222.22Mpa。与初始模型进行对比，得出结论：转矩脉动下降了32％，齿槽转矩下降了29.4％，转子旋转的最大等效应力下降了2.4％。
[0027]综上，本专利技术公开了一种高速永磁辅助同步磁阻电机的设计方法，具体包括：提出一种新型高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构，之后使用多目标优化的方法对电机
的转矩脉动、齿槽转矩及转子等效应力进行优化，满足高速永磁辅助同步磁阻电机的设计要求。
[0028]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0029]尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本专利技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由权利要求及其等同物限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，设计电机的定子、转子结构，包括电机极对数、定子绕组方案、永磁体材料、定子和转子的材料的选择，完成电机的初步设计；步骤2，利用有限元软件，对电机的电磁性能、转子应力进行仿真验证；步骤3，采用多目标优化方法，对转子的结构进行优化，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩以及转子的旋转应力；步骤4，利用有限元软件，对优化后的电机进行电磁性能、转子应力进行仿真验证，与初始模型进行对比，得出结论。2.根据权利要求1所述的一种高速永磁辅助同步磁阻电机设计方法，其特征在于：所述步骤1中的电机初步设计：根据高速永磁辅助同步磁阻电机的特点及设计指标，选择定子和转子材料为DW
‑
31035，永磁材料选为Y30BH，极对数选为2，转子磁障为双层UI形结构。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨振华，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：