[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于離散磁導(dǎo)模型的永磁電機(jī)拓?fù)錁?gòu)造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110856578.7
• 申請(qǐng)日: 2021-07-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113746385B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李大偉;房莉;任翔;曲榮海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/08
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/08;H02P6/34;H02P23/14;H02P23/30
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 夏倩

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于離散磁導(dǎo)模型的永磁電機(jī)拓?fù)錁?gòu)造方法，屬于永磁電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明構(gòu)造電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)(永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)、繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)和圓周分布的每個(gè)位置氣隙長(zhǎng)度)的目標(biāo)函數(shù)，并提出具有理論指導(dǎo)意義的離散磁導(dǎo)模型，通過(guò)研究周向上每個(gè)位置上的磁導(dǎo)微元對(duì)轉(zhuǎn)矩的貢獻(xiàn)，得到最優(yōu)的磁導(dǎo)分布取值方法，由此設(shè)計(jì)得到電機(jī)的調(diào)制單元和相應(yīng)的繞組結(jié)構(gòu)。理論上，設(shè)計(jì)的電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)該外形尺寸約束下，工作磁場(chǎng)諧波的總轉(zhuǎn)矩輸出最大化，達(dá)到其轉(zhuǎn)矩輸出能力的理論上限。基于本發(fā)明方法構(gòu)造得到的電機(jī)極大可能存在區(qū)別于常規(guī)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特征，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新突破。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于離散磁導(dǎo)模型的 永磁電機(jī)拓?fù)錁?gòu)造方法。

背景技術(shù)

自19世紀(jì)第一臺(tái)電機(jī)問(wèn)世以來(lái)，電機(jī)已成為支撐人類(lèi)現(xiàn)代社會(huì)不可或 缺的工業(yè)門(mén)類(lèi)。從大到單機(jī)容量數(shù)千兆瓦的水輪發(fā)電機(jī)，到小至幾個(gè)微瓦 的微特電機(jī)，電機(jī)廣泛應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。其中，工業(yè)機(jī)器人、 芯片制造、數(shù)控機(jī)床等作為重點(diǎn)突破領(lǐng)域。電機(jī)作為廣泛、關(guān)鍵的基礎(chǔ)零 部件，對(duì)提高裝備制造業(yè)整體水平起著關(guān)鍵作用，與此同時(shí)，制造業(yè)的迅 速發(fā)展也對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度、響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等性能品質(zhì)提出更高的 要求。其中，高轉(zhuǎn)矩密度一直是電機(jī)發(fā)展的主要目標(biāo)，其對(duì)于縮減電機(jī)體 積、成本、提升響應(yīng)速度等都具有重要的意義。

常規(guī)永磁電機(jī)普遍依靠單一工作磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩密度的提 升受到材料性能和冷卻方式的限制。游標(biāo)永磁電機(jī)與常規(guī)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)相 似，但其基于磁場(chǎng)調(diào)制原理，利用了兩個(gè)工作磁場(chǎng)進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)化產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩，因此獲得更大的轉(zhuǎn)矩密度。但是，目前在設(shè)計(jì)常規(guī)永磁電機(jī)以及游 標(biāo)永磁電機(jī)時(shí)，電機(jī)中永磁體轉(zhuǎn)子、定子、電樞繞組等結(jié)構(gòu)一直拘泥于傳 統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框架中，如何求解轉(zhuǎn)矩密度的上限沒(méi)有理論方法，而是通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)的反復(fù)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)過(guò)程無(wú)規(guī)律，存在很強(qiáng)的偶然性。因此， 很難實(shí)現(xiàn)電機(jī)拓?fù)鋭?chuàng)新和轉(zhuǎn)矩密度的提升。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于離散磁 導(dǎo)模型的永磁電機(jī)拓?fù)錁?gòu)造方法，其目的在于突破傳統(tǒng)的永磁電機(jī)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)框架設(shè)計(jì)永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩輸出能力的最大化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于離散磁導(dǎo) 模型的永磁電機(jī)拓?fù)錁?gòu)造方法，包括：

S1.構(gòu)造電機(jī)基波空載反電勢(shì)E₁關(guān)于各次磁導(dǎo)諧波Λ_mj的幅值和相位以 及繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)f(E₁,Λ_mj,θ_w,θ_so)；所述繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)包括跨距 θ_w和槽口角度θ_so；

S2.構(gòu)建離散磁導(dǎo)模型，并通過(guò)離散磁導(dǎo)模型求解使得目標(biāo)函數(shù)最大的 空間磁導(dǎo)分布；其中，離散磁導(dǎo)模型的構(gòu)建過(guò)程為：

在繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)θ_w,θ_so固定的前提下，建立氣隙內(nèi)周向上每個(gè)位置的 磁導(dǎo)微元所產(chǎn)生的基波空載反電勢(shì)微元dE₁與該位置磁導(dǎo)取值Λ_i的函數(shù)關(guān) 系，得到離散磁導(dǎo)模型；

S3.針對(duì)不同的繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)θ_w,θ_so，通過(guò)步驟S2得到多個(gè)目標(biāo)函數(shù)最 大值以及對(duì)應(yīng)的空間磁導(dǎo)分布，選擇多個(gè)目標(biāo)函數(shù)最大值中的最大者對(duì)應(yīng) 的空間磁導(dǎo)分布，作為最優(yōu)空間磁導(dǎo)分布；

S4.根據(jù)最優(yōu)空間磁導(dǎo)分布構(gòu)造對(duì)應(yīng)的調(diào)制單元結(jié)構(gòu)；

S5.由步驟S3中多個(gè)目標(biāo)函數(shù)最大值中的最大者對(duì)應(yīng)的繞組結(jié)構(gòu)和步 驟S4得到的調(diào)制單元集成為定子側(cè)整體結(jié)構(gòu)，定子再結(jié)合轉(zhuǎn)子構(gòu)成最優(yōu)的 電機(jī)拓?fù)洹?/p>

進(jìn)一步地，各次磁導(dǎo)諧波的初始相位θ_mj滿足