[发明专利]一种多相永磁电机的参数化设计方法

说明书

为达到上述目的，本发明设计的多相永磁电机的参数化设计方法，其特征在于包括以下步骤：一、输入或修改电机的设计变量；二、输入或修改电机的虚拟测试配置；三、根据步骤一中的设计变量生成需评估的电机设计列表；四、对步骤三中电机设计列表中的电机进行有限元建模并设置；五、根据步骤二中的参数利用步骤四中的有限元模型进行有限元虚拟测试；六、对步骤五中的结果进行后处理；七、重复步骤四至步骤六直至步骤三中的电机设计列表中的参数都完成评估；八、生成电机设计和性能的报表。本发明的设计方法适用于任意相数、任意极槽配合、多种定子槽型和磁极类型的径向磁通永磁电机设计。

技术领域

本发明属于电机设计技术领域，具体涉及一种多相永磁电机的参数化电磁设计方法。

背景技术

永磁电机利用高磁能积的稀土永磁材料取代了励磁绕组，具有功率密度高、机械结构简单、全调速范围效率高等优点。已经广泛应用于风力发电、电动(混动)汽车和船舶推进等领域。此外，经过特殊优化设计的永磁电机输出转矩非常平滑稳定，气隙电磁力的谐波成分较小，因此具有振动噪声低的特点，特别适合于舰艇推进、航空航天和先进制造等高端应用场合。

然而，由于永磁电机的结构灵活多变、磁路复杂且非线性强，常规电机设计方法难以兼顾永磁电机设计对快速性、准确性和通用性的需求，从而限制了永磁电机性能的进一步提升。

传统的解析磁路分析法在电励磁同步电机和感应电机的设计中应用广泛，但其适用的前提是电机内部磁路相对规整。而永磁电机结构多变，磁路较为复杂，且局部饱和严重，应用传统的解析磁路法很难获得准确的分析和设计结果。

另一种永磁电机设计方法，即磁网格法，将电机划分为一个2维或3维的磁势节点网格，节点间通过人为定义的最小磁路单元连接，通过求解该磁路网络即可分析电机的性能。这种电机设计方法的速度较快，精度较高，但当电机结构甚至尺寸发生变化时，其磁势节点网格需要人为重新定义，因此十分依赖于电机设计者的经验，通用性较差。

有限元法是一种通用的电机分析和设计方法，它通过自动剖分算法将电机几何模型划分为大量的三角形或四面体网格，再基于变分原理对电机的性能进行分析。该方法的设计精度高，因此电机设计者常用其进行设计微调和设计校核；同时，自动网格剖分算法适用于任何电机结构，通用性强。随着计算机硬件的不断进步和有限元算法的优化，永磁电机的有限元分析速度已足够快，不再是制约其设计的瓶颈因素。但是，永磁电机有限元模型的建模和设置过程复杂且耗时，即使是熟练的电机设计者，完成一型电机的建模、设置和调试少则需要几个小时，多则需要十几个小时。而永磁电机设计过程中，常常需要改变一个或多个设计变量，通过不断的迭代或是评估海量(几百到几千个)的设计，来找到满足设计要求的优化电磁方案。显然，现有有限元法不满足永磁电机设计对快速性的要求。

由于上述设计方法均难以满足永磁电机设计对精度、效率和通用性的要求，亟待提出一种改进的永磁电机设计方法，解决永磁电机有限元设计方法的快速性问题。

发明内容

针对现有永磁电机设计技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于任意相数、任意极槽配合、多种定子槽型和磁极类型的多相永磁电机的参数化设计方法。

为达到上述目的，本发明设计的多相永磁电机的参数化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

一、输入或修改电机的设计变量；

二、输入或修改电机的虚拟测试配置；

三、根据步骤一中的设计变量生成需评估的电机设计列表；

四、对步骤三中电机设计列表中的电机进行有限元建模并设置；

五、根据步骤二中的参数利用步骤四中的有限元模型进行有限元虚拟测试；

六、对步骤五中的结果进行后处理；

七、重复步骤四至步骤六直至步骤三中的电机设计列表中的参数都完成评估；