一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机转子结构的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构及设计方法，转子拓扑结构为双层VV形，并使用铁氧体作为辅助永磁体，在确定转子结构的基础上，通过多目标优化的方法对电机的转子进行优化设计，最终达到预期的优化目标。该转子拓扑结构及设计方法可以在保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力。铁耗和转子旋转的最大等效应力。铁耗和转子旋转的最大等效应力。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机转子结构的设计方法


[0001]本专利技术属于电机制造
，特别涉及高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构及设计方法，特别是转子磁障结构以及保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力。

技术介绍

[0002]近年来，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，如专利申请201610334836.4公开了一种多模式永磁电机及其最优功率分配控制方法，该电机包括内、外两个定子和一个转子。外定子槽内采用分布式绕组结构，内定子槽内采用集中绕组结构，转子由外侧的开关磁阻转子和内侧的Halbach永磁体阵列构成。外定子和开关磁阻转子构成一个同步磁阻电机，只产生磁阻转矩；内定子和Halbach永磁体构成一个轮毂式Halbach永磁电机，只产生永磁转矩。内、外定子和转子的相互配合，使得电机在永磁转矩和磁阻转矩独立可调，从而实现该电机的三种模式运行：低速区，以轮毂式Halbach永磁电机运行(只使用永磁转矩)；中速区，以内嵌式永磁电机运行(既使用永磁转矩又使用磁阻转矩)；高速区，以同步磁阻电机运行(只使用磁阻转矩)；进而实现电机运行的高效率、宽调速运行。
[0003]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。如专利申请201910322089.6公开的一种永磁辅助同步磁阻电机的转子结构及设计方法。所述的转子结构包括转轴、转子铁心和永磁体块，所述转子铁心设有中心孔，所述转轴穿过转子铁心的中心孔并与转子铁心固接；所述的转子铁心均匀分割成偶数个极，每个极内设有不少于两层U形磁障。每个极内的U形磁障构成的外圆的圆心O1与转子铁心外圆圆心O2相距为h，h＞0，每个极内的U形磁障形成的磁极中心线过圆心O1和圆心O2。由此构建不均匀气隙和非等宽磁桥转子结构。因此，设计优化高速永磁辅助同步磁阻电机具有重要意义。
[0004]然而，永磁电机的核心是转子结构，目前的转子扭矩、最大效应力仍然存在很多问题，亟需进行改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的是提供一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构及设计方法，该转子拓扑结构及设计方法可以保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构及设计方法，该转子拓扑结构及设计方法能够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。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构，使用铁氧体作为辅助永磁体，其特征在于定子和转子材料为DW
‑
31035，永磁材料选为Y30BH，极对数选为2，转子磁障为双层VV形结构。这种转子拓扑结构能够保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力，增加同步磁阻电机的性能。
[0008]进一步，所示V形结构的夹角为120
‑
150
°
。
[0009]一种高速永磁辅助同步磁阻电机转子拓扑结构的设计方法，其特征在于，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，保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力；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。
[0010]其具体的设计方法如下：
[0011]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。
[0012]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。
[0013]步骤3，采用多目标优化方法，对转子的结构进行优化，保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力。
[0014]所述多目标优化方法，是指选取转子结构的4个参数进行优化，保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力。
[0015]所述的多目标优化方法，首先，对电机进行参数化建模，其次，选取外层V形的间距标识L1、外层V形最内端与轴心间的距离O1、内层V形的间距标识L2、内层V形最内端与轴心间的距离O2这4个参数进行优化，4个优化参数的变化范围分别为22mm≤L1≤27mm、22mm≤O1≤27mm、2mm≤L2≤7mm、12mm≤L1≤17mm，4个参数之间的的约束条件为L1
‑
L2≥16mm、O1
‑
O2≥9mm，最后，以电磁转矩和磁阻转矩最大，转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力最小为目标函数，对高速永磁辅助同步磁阻电机进行多目标优化，保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力；所述转子结构的4个参数，是指外层V形的间距标识L1、外层V形最内端与轴心间的距离O1、内层V形的间距标识L2、内层V形最内端与轴心间的距离O2。
[0016]步骤4，利用有限元软件，对优化后的电机的电磁性能、转子应力进行仿真验证，与初始模型进行对比，得出结论。
[0017]本专利技术采用的有益效果是：
[0018]1.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。
[0019]2.使用多目标优化方法，对转子结构进行优化，保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，降低电机的转矩脉动、齿槽转矩、定子铁耗和转子旋转的最大等效应力，满足高速永磁辅助同步磁阻电机的设计要求。经仿真显示磁阻转矩提升了4.2％，转矩脉动下降了36％，齿槽转矩下降了34％，定子铁耗下降了0.7％，转子旋转的最大等效应力下降了4.7％。
附图说明
[0020]图1为本专利技术中初始模型转子部分的结构示意图。
[0021]图2为本专利技术中的多目标优化转子部分的参数示意图。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构，使用铁氧体作为辅助永磁体，其特征在于，定子和转子材料选为DW
‑
31035，极对数选为2，转子磁障为双层VV形结构，虎口向外，永磁材料选为铁氧体Y30BH，将此种材料赋予在转子的双层永磁体中。2.如权利要求1所述的用于高速永磁辅助同步磁阻电机的转子拓扑结构，其特征在于,双层VV形结构的夹角为120
‑
150
°
，以及所述转子结构的4个参数，分别指外层V形的间距标识L1、外层V形最内端与轴心间的距离O1、内层V形的间距标识L2、内层V形最内端与轴心间的距离O2，其中L1
‑
L2≥16mm，O1
‑
O2≥9mm。3.一种高速永磁辅助同步磁阻电机转子拓扑结构的设计方法，其特征在于，具体的步骤如下：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，保证电磁转矩降低很少的条件下，增大电机的磁阻转矩，...

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