分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法
专利汇可以提供分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻 电机 电 磁性 能的方法，包括：构建以 定子 裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型；根据以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，分析定子裂比对电机电磁性能的影响规律，所述电机电磁性能包括电机输出转矩、定子损耗、电机效率、各层 永磁体 向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密的影响规律；根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。本 发明 实现了结构设计参数数量的减少以及可保证各结构设计参数间的独立性。能够快速确定满足性能设计要求的电机初始设计方案。，下面是分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法专利的具体信息内容。
1.一种分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)构建以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，所述的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型包括转子铁心域各结构尺寸、永磁体几何尺寸、磁障端部角度、永磁体两侧空气槽几何尺寸和定子槽身的高度；
2)研究定子裂比对电机各电磁性能的影响，是根据以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，分析定子裂比对电机电磁性能的影响规律，所述电机电磁性能包括电机输出转矩、定子损耗、电机效率、各层永磁体向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密的影响规律；
3)根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。
2.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的转子铁心域各结构尺寸，包括：
(1)转子导磁域宽度和长度
第k层转子导磁域宽度wironk是通过下式计算得到：
式中，χ为定子裂比；D1为定子外径；g为气隙长度；Dsh为转轴直径；wins1为第1层磁障长度；αb为第u层磁障长度与第u+1层磁障长度之比，取值范围为[0,1]；θf(k-1)、θfk分别为第k-1层和第k层的磁障端部角度；p为极对数；nw为磁障总层数；
第k层转子导磁域长度Lsk是通过下式计算得到：
式中，λk计算式为
式中，Lairz为第z层磁障所对应空气槽的单侧长度；wpmi为第i层永磁体宽度；nw为磁障总层数；
(2)隔磁桥长度
第l层隔磁桥长度Lribl是通过下式计算得到：
式中，θ′fz、θ″fz分别为第z层磁障所对应空气槽的垂直于q轴方向的上、下两边界线与q轴间的夹角；D1为定子外径；g为气隙长度；nw为磁障总层数；χ为定子裂比；
(3)相邻两组磁障间宽度
相邻两组磁障间宽度wb是通过下式计算得到：
式中，θ′fz为第z层空气槽轮廓线的垂直于q轴方向的上边界所对应的磁障端部与q轴间的夹角；D1为定子外径；g为气隙长度；p为极对数；nw为磁障总层数；χ为定子裂比；wb1可通过下式计算得到：
式中，Dsh为转轴直径；wiron(k+1)为第k+1层转子导磁域宽度；wpmi为第i层永磁体宽度；nw为磁障总层数。
3.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的永磁体几何尺寸，通过下式计算得到：
第i层永磁体宽度wpmi通过下式计算得到：
式中，Φgu为流通于第u层磁障所对应的气隙域的磁通；Rgu为第u层磁障所对应的气隙域的磁阻；wribl为第l层隔磁桥的宽度；Rribl为第l层隔磁桥处的磁阻；Br为永磁体剩磁密度；
w'pmi为第i层永磁体的有效宽度；w'pmi、Φgu和Rribl通过下式计算得到：
式中，χ为定子裂比；w'pm(i-1)为第i-1层永磁体的有效宽度；D1为定子外径；L为铁心长度；winsu为第u层磁障的宽度；Rribl为第l层隔磁桥处的磁阻；Lribl为第l层隔磁桥的长度；
wribl为第l层隔磁桥的宽度；μribl为第l层隔磁桥的相对磁导率；Br为永磁体剩磁密度；μ0为真空磁导率；Φgu为流通于第u层磁障所对应的气隙域的磁通；θf(z-1)、θfz分别为第z-1层和第z层的磁障端部角度；Rui为第u层磁障所对应的气隙域的磁阻；Bg1为空载气隙磁密幅值。
4.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的磁障端部角度是过下式计算得到：
式中，χ为定子裂比；p为极对数；D1为定子外径；g为气隙长度；Dsh为转轴直径；C′fz、C″fz和Cfz分别为第z层磁障轮廓线的上、下两边界线及中间线的磁势系数；C′fz、C″fz和Cfz通过下式计算得到：
式中，r′fz、r″fz和rfz分别为转轴中心O与第z层空气槽上、下两边界线及介于两者间的中间线的最短距离；p为极对数；Dsh为转轴直径；r′fz、r″fz和rfz通过下式计算得到：
式中，Dsh为转轴直径；wironk为第k层转子导磁域宽度；wins1为第1层磁障长度；αb为第u层磁障长度与第u+1层磁障长度之比，取值范围为[0,1]；nw为磁障总层数。
5.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的永磁体两侧空气槽几何尺寸是下式计算得到：
第z层磁障所对应空气槽的宽度wairz是通过下式计算得到：
式中，θ′fz、θ″fz分别为第z层空气槽轮廓线的垂直于q轴方向的上、下边界所对应的磁障端部与q轴间的夹角；χ为定子裂比；g为气隙长度；D1为定子外径；winsu为第u层磁障宽度；
第z层磁障所对应空气槽的单侧长度Lairz是通过下式计算得到：
其中，
式中，χ为定子裂比；g为气隙长度；D1为定子外径；p为极对数；wpmi为第i层永磁体宽度；
θfz为第z层的磁障端部角度；rfz为转轴中心O与第z层空气槽上、下两边界线的中间线间的最短距离。
6.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的定子槽身的高度hs是下式计算得到：
式中，ht为定子齿顶高；hy为定子轭高；r为定子底部圆半径；D1为定子外径；χ为定子裂比。
7.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤2)中：
(1)定子裂比对电机输出转矩的影响
多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机输出转矩的计算式：
式中，χ为定子裂比；D1为定子外径；L为铁心长度；Bg(χ,θr,t)为电机的气隙磁密，可通过目前已公知的等效磁网络法进行求解；Ks(χ,θr,t)为在转子坐标系下，沿定子内圆周表面分布的定子基波电负荷，计算式为：
式中，χ为定子裂比；D1为定子外径；N为每相绕组串联匝数；I为定子相电流有效值；α为定子电流向量超前d轴的电角度；k1为基波绕组系数；p为极对数；θr为转子位置角。
由此，根据多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机输出转矩的计算结果，判定出定子裂比χ对电机输出转矩的影响；
(2)定子裂比对定子损耗的影响
当考虑电机端部绕组的影响及忽略定子异常损耗时，电机的总损耗Ploss(χ)与定子裂比χ的关系式，表示为：
2 2 2 2
Ploss(χ)＝ρ[L+le(χ)]QJSf(χ)Af(χ)+(khfBm+kcfBm)[Vy(χ)+Vt(χ)] (18)式中，le(χ)为定子绕组端部长度；ρ为铜线电阻率，J为电流密度；Sf(χ)为槽满率；Af(χ)为定子槽面积；kh为磁滞损耗系数；kc为涡流损耗系数；Bm为定子铁心磁通密度最大值；Vy(χ)为定子轭部体积；Vt(χ)为定子齿部体积；f为磁场交变频率；
由此，根据电机的总损耗Ploss(χ)的计算结果，判定出定子裂比χ对定子损耗的影响；
(3)定子裂比对电机效率的影响
电机效率η(χ)与定子裂比χ的关系式，表示为：
式中，Ω为电机机械角速度；Ploss(χ)为电机的总损耗；Tavg(χ)为电机的平均转矩；
由此，根据电机效率η(χ)的计算结果，判定出定子裂比χ对电机效率的影响；
(4)定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响
将第i层永磁体向外磁路提供的每极总磁通Φmi和漏磁通Φσi之差与Φmi的比值定义为第i层永磁体向外提供的有效磁通系数σi，第i层永磁体向外提供的有效磁通系数σi的计算式为：
式中，Φmi为每极总磁通和Φσi为漏磁通，每极总磁通Φmi和漏磁通Φσi可根据目前已公知的等效磁网络法进行求解。
由此，根据永磁体向外提供的有效磁通系数σi的计算结果，判定出定子裂比χ对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响；
(5)定子裂比对永磁体退磁磁密的影响
首先，利用等效磁网络法，建立多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的空载磁路模型，由该空载磁路模型计算出第i层永磁体空载磁密Bui,表示为：
式中，Φui为电机空载时，流通于第i层永磁体的空载磁通；Ur0i(χ)、Ur0(i+1)(χ)分别为电机空载时，对应的第k层和第k+1层转子铁心导磁域的磁势；wpmi为第i层永磁体宽度；Rmi为第i层永磁体宽度；Rmi为第i层永磁体内磁阻；Φpmi为第i层永磁体虚拟内禀磁通；
再利用等效磁网络法，建立多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的负载磁路模型，并将永磁体移除且仅施加q轴方向电枢电流，即，定子电流产生一个与永磁体磁势方向相反的q轴磁势，由负载磁路模型计算出第i层磁障中的退磁磁密Bfi；由此，得到第i层永磁体负载磁密计算式为
BLOi(χ)＝Bui(χ)-Bfi(χ) (22)
式中，BLOi为第i层永磁体负载磁密；Bui为第i层永磁体空载磁密；
由此，判定第i层永磁体负载磁密BLOi是否大于工作温度下的永磁体退磁材料的拐点处的磁密值，若大于，说明永磁体不会发生不可逆退磁，反之，永磁体会发生不可逆退磁。
8.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤3)包括：
首先，根据定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响和定子裂比对永磁体退磁磁密的影响的结果，判定出各层永磁体利用程度高，且永磁体不会发生不可逆退磁的定子裂比选取的范围；
然后，将所述定子裂比选取范围内各个定子裂值比代入至式(16)～式(19)中，计算出不同定子裂比下的电机效率；
最后，根据不同定子裂比下的电机效率的性能曲线，确定出在保证永磁体不退磁的情况下，电机效率最大时的定子裂比取值，再将所述的电机效率最大时的定子裂比取值代入公式(1)～公式(15)中的多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机各结构参数与定子裂比的函数关系式，最终确定出的电机效率最大化的初始设计方案。
分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法
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