【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及开关磁阻电机，尤其涉及一种低振动的开关磁阻电机定子结构及其优化方法。
技术介绍
1、近年来，为解决汽车保有量不断增加带来的一系列能源和环境问题，寻找替代能源、发展新能源汽车成为全球汽车行业的研究热点。驱动电机是电动汽车中动力电池产生的电能转化为机械能的关键部件，对电动汽车的整车性能有很大影响。开关磁阻电机以结构简单、可靠性强、启动性能良好、起动转矩大、起动电流小、恒功率调速范围宽等优点，成为新能源电动汽车的备选电机之一，但其效率较低且转矩脉动和噪声极高，限制了其进一步的推广应用。
2、为了消除开关磁阻电机运行时转矩脉动大和振动噪声高的问题，当前主要是从电机的参数设计、驱动和控制方式等方面寻找解决办法，以减小振动噪声进而降低转矩脉动。但是开关磁阻电机内部的电磁力以及转矩脉动的产生机理比较复杂，并且受许多因素的影响，如电机结构，几何尺寸，转速以及控制策略等等。因此目前所提出的一些措施的效果并不是很理想，而且所提出的部分方案还会影响到电机的其它性能，甚至影响电机的正常运行。
3、例如cn203135598u的公开了一种斜齿开关磁阻电机结构，包括电机定子、电机转子和定子线圈，定子线圈缠绕在定子极齿之间，电机定子的定子极齿为24个，该专利技术的定子极齿由直齿改成斜齿后，使两侧边与底边的夹角在93～105°之间。这样的斜齿增加定子极齿根部的宽度，会大大增加其强度，有利于定子线圈缠绕，同时减小体积，减轻重量；但是该方案只是在定子极齿采用了斜齿，这种定子斜齿结构虽然增加了定子的强度，但电机工作时磁极的有效工
4、例如cn116742845a公开了一种开关磁阻电机的定转子结构，所述定转子铁心由硅钢片叠压而成，所述定子铁心齿部顶端设置有过渡角，所述转子磁极极靴包含三段圆弧，所述定转子结构之间形成三个不均匀气隙区域；该专利技术通过改变定转子结构，减小了电机的转矩脉动，降低了电磁噪声；但是该方案实际运行时定子齿部顶端过渡角尖端的磁密会很大，进而导致电机定子铁损增加，电机定子铁心温度升高，电机功率因数降低，影响开关磁阻电机的正常运行。
5、因此，从根源上减小开关磁阻电机的振动噪声，才是众望所归的解决之道。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种低振动的开关磁阻电机定子结构及其优化方法，解决现有开关磁阻电机效率低，转矩脉动和噪声高的问题，并要保证开关磁阻电机的正常运行。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种低振动的开关磁阻电机定子结构，包含定子铁心，定子铁心设置有若干定子齿，定子齿的两侧分别安装有励磁绕组，定子齿面上开设有若干矩形孔，矩形孔内密贴嵌装有钐铁合金材料，钐铁合金材料内部中空，内部中空内填充有树脂材料。
3、优选的方案中，所述定子铁心外周还密贴包覆有定子外壳。
4、优选的方案中，所述定子铁心采用非晶合金带材卷制，并使用环氧树脂固化制成。
5、优选的方案中，所述钐铁合金材料是经拓扑优化后得到的。
6、优选的方案中，所述树脂材料采用白色树脂材料。
7、一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化方法，是采用上述任意一项所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，所述方法是采用拓扑优化算法，其以弹性应变能的值为约束条件，以开关磁阻电机的振动位移最小为优化目标，基于固体各向同性材料惩罚模型，采用全局收敛移动渐进线法进行求解。
8、优选的方案中，所述优化方法的具体步骤为：
9、step1：选择需要进行优化的区域；
10、step2：构建拓扑优化的约束函数；
11、step3：构建拓扑优化的目标函数。
12、优选的方案中，所述step1选择需要进行优化的区域的具体步骤为：
13、step1.1：通过观察正常运行的开关磁阻电机仿真模型的磁密变化，发现定子齿两侧的磁密较大，根据开关磁阻电机运行原理，选择确定优化区域为，定子齿内部的一个矩形小区域，并在该区域填入经拓扑优化后的钐铁合金材料，与非晶合金定子铁心组合构成开关磁阻电机定子；
14、step1.2：基于simp模型，引入设计变量ρ，将优化区域内铁心材料的相对磁导率和杨氏模量用设计变量表示为连续函数，同时，设定惩罚因子p对中间密度单元进行惩罚，以此减少优化拓扑中的中间密度单元数目，则优化区材料的相对磁导率与杨氏模量表示为：
15、
16、式中：μam为开关磁阻电机定子铁心钐铁合金材料的相对磁导率，eam为钐铁合金材料的杨氏模量，eep为开关磁阻电机气隙区域材料的杨氏模量。
17、优选的方案中，所述step2构建拓扑优化的约束函数的具体步骤为：
18、step2.1：为了保证开关磁阻电机正常运行，将由于磁致伸缩效应和麦克斯韦应力引起的弹性应变能限制为小于初始值，弹性应变能ws表示为：
19、
20、式中：f为机械场域中总载荷，表示为f＝fmax+fms；
21、step2.2：同时限制拓扑优化过程中，所减去钐铁合金材料的体积占整个优化区域体积的百分数，以确保非晶合金材料的正磁致伸缩效应与钐铁合金材料的负磁致伸缩效应相互抵消。
22、优选的方案中，所述step3构建拓扑优化的目标函数的具体步骤就是进行电磁拓扑优化迭代求解，电磁拓扑优化目标函数fmag及约束条件为：
23、
24、式中：u(0)是初始振动位移；u(n)是第n次优化迭代时的振动位移；g1和g2为约束函数，其中，对于约束函数g1，ws(0)是初始弹性应变能，ws(n)是第n次迭代时的弹性应变能；对于约束函数g2，∫ωh(x)dω是拓扑优化所减去钐铁合金材料的体积，∫ωdω是整个优化区域体积，v％为拓扑优化过程中所减去钐铁合金材料的体积占整个优化区域体积的百分数。
25、本专利技术提供的一种低振动的开关磁阻电机定子结构及其优化方法，有如下有益效果：
26、1、本专利技术提出的一种非晶合金与钐铁合金组合的定子结构，非晶合金采用快速凝固技术制备，不存在晶体结构及阻碍磁畴壁移动的结构缺陷，且带材极薄(20～30μm)，极大降低了铁心的涡流和磁滞损耗，其用于一台额定功率为2.4kw、8500r/min的开关磁阻电机，效率可达到95.1％，极大的提高了电机的工作效率；
27、2、本专利技术提出的开关磁阻电机定子结构能够有效降低开关磁阻电机运行时产生的振动，钐铁合金材料的负磁致伸缩效应与非晶合金材料的正磁致伸缩效应能够互相抵消，并且经过拓扑优化之后，可以得到嵌入到非晶合金定子铁心上的定子齿内部的矩形孔中钐铁合金材料的最优结构，以最大程度地减少开关磁阻电机的振动；
28、3、本专利技术提出的一种低振动的开关磁阻电机定子优化方法，通过拓扑优化来获得与非晶合金定子铁心组合的钐铁合金材料的最优结构，最终得到可以实现优异本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低振动的开关磁阻电机定子结构，包含定子铁心(1)，其特征在于：定子铁心(1)设置有若干定子齿(2)，定子齿(2)的两侧分别安装有励磁绕组(3)，定子齿(2)面上开设有若干矩形孔，矩形孔内密贴嵌装有钐铁合金材料(4)，钐铁合金材料(4)内部中空，内部中空内填充有树脂材料(5)。
2.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述定子铁心(1)外周还密贴包覆有定子外壳(6)。
3.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述定子铁心(1)采用非晶合金带材卷制，并使用环氧树脂固化制成。
4.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述钐铁合金材料(4)是经拓扑优化后得到的。
5.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述树脂材料(5)采用白色树脂材料。
6.一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化方法，其特征在于，采用权利要求1～5任意一项所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，所述方法是采用拓扑优化算法，其以弹性应变
7.根据权利要求6所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化方法，其特征在于，所述优化方法的具体步骤为：
8.根据权利要求7所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化方法，其特征在于，所述step1选择需要进行优化的区域的具体步骤为：
9.根据权利要求7所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化方法，其特征在于，所述step2构建拓扑优化的约束函数的具体步骤为：
10.根据权利要求7所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化方法，其特征在于，所述step3构建拓扑优化的目标函数的具体步骤就是进行电磁拓扑优化迭代求解，电磁拓扑优化目标函数fmag及约束条件为：
...【技术特征摘要】
1.一种低振动的开关磁阻电机定子结构，包含定子铁心(1)，其特征在于：定子铁心(1)设置有若干定子齿(2)，定子齿(2)的两侧分别安装有励磁绕组(3)，定子齿(2)面上开设有若干矩形孔，矩形孔内密贴嵌装有钐铁合金材料(4)，钐铁合金材料(4)内部中空，内部中空内填充有树脂材料(5)。
2.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述定子铁心(1)外周还密贴包覆有定子外壳(6)。
3.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述定子铁心(1)采用非晶合金带材卷制，并使用环氧树脂固化制成。
4.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述钐铁合金材料(4)是经拓扑优化后得到的。
5.根据权利要求1所述的一种低振动的开关磁阻电机定子结构，其特征在于：所述树脂材料(5)采用白色树脂材料。
6.一种低振动的开关磁阻电机定子结构的优化...
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