[發(fā)明專利]同步磁阻電機轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化方法及一種同步磁阻電機

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110640015.4
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113315437A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 劉成成;劉乾宇;汪友華
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/20;H02P25/022;H02P25/098
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 蔡運紅

本發(fā)明為同步磁阻電機轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化方法及一種同步磁阻電機，該方法包括第一步、根據(jù)電機結(jié)構(gòu)參數(shù)建立電機有限元模型，利用插值法構(gòu)建磁通屏障的邊界；第二步、確定待優(yōu)化參數(shù)組和目標函數(shù)；第三步、對每層磁通屏障的邊界進行優(yōu)化。該電機包括轉(zhuǎn)子鐵芯、磁通屏障、定子鐵芯和電樞繞組；轉(zhuǎn)子鐵芯的每個轉(zhuǎn)子極下沿電機徑向分布有多層磁通屏障，每層磁通屏障上、下兩條邊界不平行；每條邊界呈不規(guī)則形狀，由多條長短不一和位置不規(guī)律的線段依次連接而成，每條邊界由端點到中部依次向q軸與此邊界的交點的方向收斂。該方法通過插值法尋找離散點，對磁通屏障進行參數(shù)化建模，降低了轉(zhuǎn)矩脈動，增加了平均輸出轉(zhuǎn)矩，電機的輸出性能明顯改善。

技術領域

本發(fā)明屬于同步磁阻電機技術領域，具體涉及一種同步磁阻電機轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化方法及一種同步磁阻電機。

背景技術

同步磁阻電機本質(zhì)是一種具有磁阻轉(zhuǎn)矩特性的同步電機，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速范圍廣等優(yōu)異性能，而且轉(zhuǎn)子上無永磁體，可作為永磁同步電機的替代電機，被廣泛應用于壓縮機、軌道交通、電動汽車以及紡織設備等方面。然而，同步磁阻電機在工作工程中是遵循磁通沿磁阻最小路徑閉合，通過轉(zhuǎn)子內(nèi)多層磁通屏障和導磁橋交替組合，形成d軸和q軸電感差值，利用d軸q軸電感差值產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，凸極轉(zhuǎn)子的磁阻變化會引起轉(zhuǎn)矩脈動，因此同步磁阻電機具有較大的轉(zhuǎn)矩脈動，會影響電機的運行性能。傳統(tǒng)同步磁阻電機轉(zhuǎn)子各層磁通屏障上、下邊界為平行的直線，或者是均勻等寬的弧形結(jié)構(gòu)，形成規(guī)則形狀的磁通屏障和導磁橋，在這種規(guī)則磁通屏障形狀下，電機轉(zhuǎn)矩脈動較大，因此如何改善同步磁阻電機的運行性能已經(jīng)成為研究的熱點問題。

為抑制轉(zhuǎn)矩脈動，現(xiàn)有研究中主要通過設計絕緣磁通屏障漸變或者磁通屏障不對稱的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，采用對轉(zhuǎn)子磁鏈障礙端部尺寸進行優(yōu)化或者拓撲優(yōu)化等方式優(yōu)化轉(zhuǎn)子鐵心結(jié)構(gòu)，這些優(yōu)化方法主要是從磁通屏障與隔磁層的占有率，磁通屏障的結(jié)構(gòu)以及拓撲優(yōu)化等方面考慮，在降低轉(zhuǎn)矩脈動的同時存在平均輸出轉(zhuǎn)矩減小的問題，降低了電機的運行性能。此外，拓撲優(yōu)化主要是以材料為優(yōu)化對象，需要考慮穿孔或漂浮的材料碎片問題，優(yōu)化過程復雜。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種同步磁阻電機轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化方法及一種同步磁阻電機。

本發(fā)明解決所述技術問題采用的技術方案是：

一種同步磁阻電機轉(zhuǎn)子形狀優(yōu)化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第一步、根據(jù)電機結(jié)構(gòu)參數(shù)建立電機有限元模型，每個轉(zhuǎn)子極下包含j層磁通屏障，每層磁通屏障包含上、下兩條邊界；將每層磁通屏障對稱分為左、右兩部分，每層磁通屏障右半部分兩條邊界的一個端點均位于y軸上，其中下邊界的一個端點與轉(zhuǎn)子極心的距離分別為與y軸之間的夾角為上邊界的一個端點與轉(zhuǎn)子極心的距離分別為與y軸之間的夾角為每層磁通屏障右半部分下邊界的另一個端點到轉(zhuǎn)子極心的距離分別為與y軸之間的夾角分別為每層磁通屏障右半部分上邊界的另一個端點到轉(zhuǎn)子極心的距離分別為與y軸之間的夾角分別為k為每層磁通屏障右半部分每條邊界上的總點數(shù)，k為正整數(shù)；

利用插值法在第j層磁通屏障右半部分下邊界的兩個端點之間插入k-1個插值點，則各個插值點到轉(zhuǎn)子極心的距離滿足式(1)，各個插值點與y軸之間的夾角滿足式(2)；

其中，分別為第j層磁通屏障右半部分下邊界上第1，2，3，、、、，k-2，k-1個插值點到轉(zhuǎn)子極心的距離；分別為第j層磁通屏障右半部分下邊界上第1，2，3，、、、，k-2，k-1個插值點與y軸之間的夾角，均為系數(shù)，

第j層磁通屏障右半部分下邊界上各個點的坐標為：

同理，在第j層磁通屏障右半部分上邊界的兩個端點之間插入k-1個插值點，則各個插值點到轉(zhuǎn)子極心的距離滿足式(4)，各個插值點與y軸之間的夾角滿足式(5)；