[發(fā)明專利]一種高磁阻轉(zhuǎn)矩、高凸極率的五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010084514.5
• 申請(qǐng)日: 2020-02-10
• 公開（公告）號(hào): CN111654124B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏玉潔;陳前;劉國(guó)海;趙文祥;徐高紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K1/16
• 分類號(hào): H02K1/16;H02K1/24;H02P21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種高磁阻轉(zhuǎn)矩、高凸極率的五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，引入互耦系數(shù)對(duì)五相永磁電機(jī)的容錯(cuò)性能進(jìn)行分析，根據(jù)互耦系數(shù)與電機(jī)容錯(cuò)能力的關(guān)系，選取較高容錯(cuò)性能的槽極配合方式；

步驟2，從轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理出發(fā)，確定影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的繞組因數(shù)的計(jì)算方法，根據(jù)計(jì)算出各槽極配合的繞組因數(shù)，選取較高的繞組因數(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)高轉(zhuǎn)矩輸出；

步驟3，對(duì)分?jǐn)?shù)槽集中繞組電機(jī)的漏電感進(jìn)行推導(dǎo)，推導(dǎo)出漏電感表達(dá)式，根據(jù)表達(dá)式計(jì)算出各槽極配合的漏感系數(shù)大小；

步驟4，分析齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生機(jī)理，利用槽數(shù)與極對(duì)數(shù)的最小公倍數(shù)計(jì)算出不同齒槽轉(zhuǎn)矩性能的槽極配合；

步驟5，對(duì)永磁電機(jī)的凸極率與磁阻轉(zhuǎn)矩進(jìn)行理論分析；

步驟6，采用多目標(biāo)優(yōu)化方法，從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)入手，對(duì)凸極率與磁阻轉(zhuǎn)矩同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化；

所述步驟1中的互耦系數(shù)計(jì)算表達(dá)式為：

N(θ_m)＝n(θ_m)-avg(n(θ_m)) (1)

其中，N(θ_m)為互耦系數(shù)，θ_m表示沿氣隙的角度，n(θ_m)是繞組函數(shù)，avg(n(θ_m))為一個(gè)圓周的氣隙繞組函數(shù)的平均值；利用繞組函數(shù)方法得到電機(jī)繞組的自感與互感的計(jì)算表達(dá)式，其中，A相繞組的自感L_AA與A、B相繞組的互感L_AB計(jì)算表達(dá)式如下：

μ₀是空氣的磁導(dǎo)率，r是中心氣隙的半徑，l是軸向長(zhǎng)度，g是氣隙長(zhǎng)度，N_A(θ_m)為A相繞組的互耦系數(shù)，N_B(θ_m)為B相繞組的互耦系數(shù)；進(jìn)一步推導(dǎo)永磁電機(jī)的互耦系數(shù)m_c為：

計(jì)算出各槽極配合情況下的互耦系數(shù)，電機(jī)的互耦系數(shù)越低表示電機(jī)各相繞組之間的影響越小，各相繞組獨(dú)立性越好，選擇較低互耦系數(shù)的槽極配合具有較高的容錯(cuò)能力；

所述步驟2中的繞組因數(shù)計(jì)算為：

k_wv＝k_pvk_dv (5)

其中，k_wv是v次諧波繞組因數(shù)，k_pv是v次諧波節(jié)距因數(shù)，k_dv是v次諧波分布因數(shù)，節(jié)距因數(shù)和分布因數(shù)通過(guò)以下表達(dá)式計(jì)算得到：

其中，v是諧波次數(shù)，Q_S是定子槽數(shù)，q_ph是每相輻條數(shù)，α_ph是兩輻條之間的夾角，當(dāng)v與電機(jī)極對(duì)數(shù)相等時(shí)，該繞組因數(shù)即為基波繞組因數(shù)；

所述步驟3中漏電感、漏感系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式為：

L_h＝σ_δL_m (8)

其中L_h表示漏電感，L_m表示磁化電感，σ_δ為漏感系數(shù)，k_wv是v次諧波繞組因數(shù)，v是諧波次數(shù)，k_wp為當(dāng)v與電機(jī)極對(duì)數(shù)相等時(shí)的基波繞組因數(shù)，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)；較高的漏感系數(shù)代表有較高的漏電感，從而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子損耗過(guò)高；

所述步驟4中齒槽轉(zhuǎn)矩的影響因素中，槽數(shù)與極對(duì)數(shù)的最小公倍數(shù)為：

LCM表示取括號(hào)內(nèi)部各參數(shù)值的最小公倍數(shù)，Qs為電機(jī)槽數(shù)，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，β表示電機(jī)槽數(shù)與極數(shù)的最小公倍數(shù)；LCM的數(shù)值對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩具有重要影響作用，而齒槽轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的代表參數(shù)之一，因此選擇較小的β有利于降低電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；

所屬步驟5中凸極率與磁阻轉(zhuǎn)矩的計(jì)算表達(dá)式為：

其中，L_q與L_d分別表示交軸電感與直軸電感，m是電機(jī)相數(shù)，N是每相繞組匝數(shù)，k_wp為基波繞組因數(shù)，λ_n是等效氣隙磁密的傅里葉分解系數(shù)，λ₀為等效氣隙磁密的0階傅里葉分解系數(shù)，λ₂為等效氣隙磁密的2階傅里葉分解系數(shù)，Q_S是定子槽數(shù)，l是軸向長(zhǎng)度，P為電機(jī)極對(duì)數(shù)，ρ為凸極率，即為交軸電感與直軸電感比值，T_em是電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩，ψ_PM是每相定子繞組的永磁體磁鏈，i_q和i_d分別表示交軸電流與直軸電流，T_re表示電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩；根據(jù)表達(dá)式(11)-(15)即可看出電機(jī)的凸極率與電機(jī)的交直軸電感值有關(guān)，而電機(jī)的磁阻轉(zhuǎn)矩則有交直軸電感值、交直軸電流值以及電機(jī)的極對(duì)數(shù)共同決定；

所屬步驟6中采用多目標(biāo)優(yōu)化方法的表達(dá)式為：

其中，y為優(yōu)化目標(biāo)預(yù)測(cè)值，a₀、a_i、a_ii、a_ij均為各優(yōu)化參數(shù)的回歸系數(shù)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定，z_i為其中一個(gè)優(yōu)化的參數(shù)，在此處為凸極率，z_j為另一個(gè)優(yōu)化的參數(shù)，在此處為磁阻轉(zhuǎn)矩，k為優(yōu)化參數(shù)的個(gè)數(shù)，ζ為一個(gè)附加的回歸系數(shù)以保證方程的準(zhǔn)確性，因此得到響應(yīng)面方程；再將優(yōu)化后的目標(biāo)綜合成如下表達(dá)式：

其中y_i是兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)中任意一個(gè)的預(yù)測(cè)值，b_i是優(yōu)化參數(shù)的初始值，c_i是優(yōu)化參數(shù)的最優(yōu)值，k_i是權(quán)重系數(shù)，根據(jù)將優(yōu)化后的目標(biāo)綜合成的表達(dá)式(17)-(18)即可同時(shí)優(yōu)化磁阻轉(zhuǎn)矩與凸極率。