一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法。方法包括：确定双定子永磁同步电机的定子外径和转子的内外两层转子磁路拓扑结构；在不同的极弧系数和外电机的定子裂比下，根据电机平均转矩、转矩波动以及电机效率确定最终的极弧系数和外电机的定子裂比；保持永磁体总的用量不变，改变转子上的N和S磁极的极弧系数比值。在不同的极弧系数比值下，根据齿槽转矩、转矩波动和电机平均转矩的变化量确定最终的极弧系数比值，最终获得高功率密度双定子永磁同步电机。本发明专利技术对双定子永磁同步电机进行了优化设计，使用优化后的磁极结构能够在保持较高功率密度的同时降低电机的转矩波动，有效提升了电机运行的平稳性。有效提升了电机运行的平稳性。有效提升了电机运行的平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法


[0001]本专利技术涉及了一种永磁同步电机优化设计方法，具体涉及一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法。

技术介绍

[0002]随着永磁材料的不断发展，永磁同步电机的应用领域不断扩大。与传统的电励磁电机相比，稀土永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积较小、效率高及形状灵活多样等显著特点。然而，在一些应用领域中，电机放置空间越来越有限，高功率密度成为永磁电机的开发热点。双定子永磁同步电机因其内部空间利用率高、在给定体积下可以输出更高的转矩这一优势，在高功率密度电机中得以广泛应用。
[0003]双定子永磁同步电机由于其转子磁路拓扑结构复杂多样。为了在特定体积下提高电机的功率密度，可在相同定子外径下比较不同的转子磁路拓扑结构双定子永磁同步电机的空载特性及负载特性，确定其功率密度较高的转子磁路拓扑结构。此外极弧系数及定子裂比对电机的电磁性能有一定的影响，可以进一步提高功率密度。
[0004]然而永磁同步电机存在转矩波动较大的问题，双定子永磁同步电机的转矩波动由其内电机和外电机组成，使得电机转矩波动较大，不利于电机的平稳运行。转矩波动包括由定子齿槽引起磁导变化所产生的齿槽转矩，以及定子磁场和转子磁场相互作用所产生的纹波转矩。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法，设计了一种用于高功率密度双定子永磁同步电机的转子磁路拓扑结构，该结构在不改变电机定子外径情况下，可以增大电机功率密度。同时设计了一种不等极弧系数磁极结构，通过减小齿槽转矩降低电机的转矩波动，保证电机的平稳运行。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术双定子永磁同步电机优化设计方法包括如下步骤：
[0008]步骤1)：确定双定子永磁同步电机的定子外径和转子的内外两层转子磁路拓扑结构，获得第一改进双定子永磁同步电机。
[0009]步骤2)：驱动第一改进双定子永磁同步电机运行，改变第一改进双定子永磁同步电机的极弧系数和外电机的定子裂比，在不同的极弧系数和外电机的定子裂比下，根据第一改进双定子永磁同步电机的电机平均转矩、转矩波动以及电机效率确定最终的极弧系数和外电机的定子裂比，获得第二改进双定子永磁同步电机。
[0010]步骤3)：驱动第二改进双定子永磁同步电机运行，保持第二改进双定子永磁同步电机的永磁体总的用量不变，改变转子上的N和S磁极的极弧系数比值，在不同的转子上的N和S磁极的极弧系数比值下，根据第二改进双定子永磁同步电机的齿槽转矩、转矩波动和电机平均转矩的变化量确定最终的极弧系数比值，最终获得高功率密度双定子永磁同步电
机。
[0011]所述的步骤1)中，将双定子永磁同步电机的定子外径设计为与单定子内置式永磁同步电机的定子外径相同。
[0012]所述的步骤1)中，将双定子永磁同步电机的转子的内层转子磁路拓扑结构设计为表贴式串联型转子磁路拓扑结构，将外层转子磁路拓扑结构设计为表贴式串联型转子磁路结构。
[0013]所述的步骤2)中，在不同的极弧系数和外电机的定子裂比下，根据第一改进双定子永磁同步电机的电机平均转矩、转矩波动以及电机效率确定最终的极弧系数和外电机的定子裂比，具体如下：
[0014]2.1)改变第一改进双定子永磁同步电机的极弧系数，当第一改进双定子永磁同步电机的平均转矩较高、电机效率较高以及转矩波动较低时，选取此时的极弧系数作为最终的极弧系数。
[0015]2.2)改变第一改进双定子永磁同步电机的外电机的定子裂比，此时内电机外径随之发生改变；当第一改进双定子永磁同步电机的平均转矩较高、电机效率较高以及转矩波动较低时，选取此时的外电机的定子裂比作为最终的外电机的定子裂比，从而获得第二改进双定子永磁同步电机。
[0016]所述的步骤3)中，改变第二改进双定子永磁同步电机的转子上的N和S磁极的极弧系数比值，具体为改变第二改进双定子永磁同步电机的转子外侧永磁体的N和S磁极的极弧系数比值或分别改变转子内、外侧永磁体的N和S磁极的极弧系数比值。
[0017]所述的步骤3)中，在不同的转子上的N和S磁极的极弧系数比值下，根据第二改进双定子永磁同步电机的齿槽转矩、转矩波动和电机平均转矩的变化量确定最终的极弧系数比值，具体如下：
[0018]改变第二改进双定子永磁同步电机的转子上的N和S磁极的极弧系数比值，当第二改进双定子永磁同步电机的齿槽转矩较低、转矩波动较低同时电机平均转矩的变化量较小时，选取此时的转子上的N和S磁极的极弧系数比值作为最终的转子上的N和S磁极的极弧系数比值，最终获得高功率密度双定子永磁同步电机。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术设计了双定子永磁同步电机转子磁路拓扑结构，设计了具有较高功率密度的表贴式转子串联磁路双定子永磁同步电机，并对改进后的转子磁路拓扑结构进行极弧系数及定子裂比优化，使电机获取较高功率密度。同时，针对转矩波动较大的问题，提出不等极弧系数磁极结构，通过降低齿槽转矩来降低转矩波动，得到具有低转矩波动的高功率密度双定子永磁同步电机。
附图说明
[0021]图1为单定子永磁同步电机结构示意图；
[0022]图2为八种双定子永磁同步电机的转子磁路拓扑结构图；
[0023]图3的(a)为双定子永磁同步电机的齿槽转矩对比图；
[0024]图3的(b)为双定子永磁同步电机的平均转矩对比图；
[0025]图4为双定子永磁同步电机输出特性随极弧系数α
PM
变化图；
[0026]图5为双定子永磁同步电机输出特性随定子裂比K
D
变化图；
[0027]图6的(a)为不等极弧系数磁极改进前结构的示意图；
[0028]图6的(b)为不等极弧系数磁极改进后结构的示意图；
[0029]图7的(a)为电机III输出特性齿槽转矩随不等极弧系数Z值变化图；
[0030]图7的(b)为电机III输出特性平均转矩随不等极弧系数Z值变化图；
[0031]图7的(c)为电机III输出特性转矩波动随不等极弧系数Z值变化图；
[0032]图7的(d)为电机III输出特性不平衡磁拉力随不等极弧系数Z值变化图；
[0033]图8为电机优化前后转矩对比图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0035]本专利技术双定子永磁同步电机优化设计方法包括如下步骤：
[0036]步骤1)：确定双定子永磁同步电机的定子外径和转子的内外两层转子磁路拓扑结构，获得第一改进双定子永磁同步电机。
[0037]步骤1)中，将双定子永磁同步电机的定子外径设计为与单定子内置式永磁同步电机的定子外径相同。
[0038]步骤1)中，将双定子永磁同步电机的转子的内层转子磁路拓扑结构设计为表贴式串联型转子磁路拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法，其特征在于：方法包括如下步骤：步骤1)：确定双定子永磁同步电机的定子外径和转子的内外两层转子磁路拓扑结构，获得第一改进双定子永磁同步电机；步骤2)：驱动第一改进双定子永磁同步电机运行，改变第一改进双定子永磁同步电机的极弧系数和外电机的定子裂比，在不同的极弧系数和外电机的定子裂比下，根据第一改进双定子永磁同步电机的电机平均转矩、转矩波动以及电机效率确定最终的极弧系数和外电机的定子裂比，获得第二改进双定子永磁同步电机；步骤3)：驱动第二改进双定子永磁同步电机运行，保持第二改进双定子永磁同步电机的永磁体总的用量不变，改变转子上的N和S磁极的极弧系数比值，在不同的转子上的N和S磁极的极弧系数比值下，根据第二改进双定子永磁同步电机的齿槽转矩、转矩波动和电机平均转矩的变化量确定最终的极弧系数比值，最终获得高功率密度双定子永磁同步电机。2.根据权利要求1所述的一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法，其特征在于：所述的步骤1)中，将双定子永磁同步电机的定子外径设计为与单定子内置式永磁同步电机的定子外径相同。3.根据权利要求1所述的一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法，其特征在于：所述的步骤1)中，将双定子永磁同步电机的转子的内层转子磁路拓扑结构设计为表贴式串联型转子磁路拓扑结构，将外层转子磁路拓扑结构设计为表贴式串联型转子磁路结构。4.根据权利要求1所述的一种高功率密度双定子永磁同步电机优化设计方法，其特征在于：所述的步骤2)中，在不同的极弧系数和外电机的定子裂比下，根据第一改...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽艳，张振，史婷娜，郭喜彬，杨玉凯，于志远，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：