[发明专利]一种混合磁材料并联励磁型永磁电机的设计方法

说明书

本发明公开一种混合磁材料并联励磁型永磁电机的设计方法，选择一种稀土永磁电机作为基准参照电机，该基准参照电机与待设计的混合磁材料并联励磁型永磁电机具有相同的极槽配比、定子结构、轴长、绕组连接方式以及气隙长度，确定稀土永磁电机和待设计的混合磁材料并联励磁型永磁电机的磁路走向，构建两台电机的等效磁路模型；分别推导出混合磁材料并联励磁型永磁电机中稀土永磁材料和铁氧体永磁材料的体积范围，结合有限元法，确定稀土永磁材料和铁氧体永磁材料这两种材料用量；本发明考虑到了不同永磁材料的特性、用量对电机转矩输出能力的影响，遵循励磁源等效原则，普遍适用于这类混合磁材料并联励磁型永磁电机的设计。

技术领域

本发明涉及一种电机的设计方法，具体是并联励磁型永磁电机的设计方法，该并联励磁型永磁电机的永磁体采用混合磁材料。

背景技术

以钕铁硼为代表的稀土永磁无刷电机具有结构简单、功率密度高、效率高等优点，因此在电动汽车、混合动力汽车等领域中得以广泛应用。然而，随着稀土资源的不断开采和相关保护政策的推行，稀土价格不断上涨，这使得稀土永磁无刷电机大规模的发展与应用受到了一定的限制。因此目前以铁氧体为代表的非稀土永磁电机及采用混合永磁材料的少稀土永磁电机成为了研究热点。

从电机设计角度而言，非稀土永磁无刷电机和稀土永磁无刷电机一样，通常采用单一永磁材料励磁，其设计方法一般侧重于电机的电磁参数分析和整体结构设计。中国专利申请号为201710079279.0的文献中提出了一种基于电感解析模型的内置式永磁同步电机设计方法，通过使用一种简便的电感计算模型对电机进行快速计算，缩短了电机设计周期。中国专利申请号为201710022407.8的文献中提出了一种多相永磁电机的参数化设计方法，通过将电机的结构变量参数化以及建模计算等过程自动化，提高了电机设计效率，提供了一种任意相数、极槽配比、多种定子槽型的通用设计方法。

然而混合永磁材料少稀土永磁无刷电机相较于非稀土永磁无刷电机而言，其主要特点在于采用稀土永磁材料和非稀土永磁材料共同励磁，两种励磁源的磁路结构、永磁体材料特性都对电机的整体性能和实际加工有直接影响。从永磁体磁路角度来看，电机中的永磁材料通常有串联、并联两种磁路结构，每种磁路结构都存在各自的优缺点：(1)串联结构，磁路简单，但永磁材料之间的磁路存在互相影响；(2)并联结构，不同永磁材料中之间的磁路相互独立，但磁通损耗相对较大。考虑到两种永磁材料之间存在性能差异，为实现有效励磁，稀土永磁材料和铁氧体永磁材料常采用并联磁路结构。从永磁体材料特性来看，两种永磁材料差异很大，稀土永磁材料以典型的钕铁硼为例，剩磁为1.2T，矫顽力为890000A/m，而非稀土永磁材料如铁氧体，其剩磁和矫顽力分别为0.4T、188A/m，特性指标远低于钕铁硼。正是由于两种永磁材料的特性差异，二者的磁通密度存在相互影响。若钕铁硼磁通密度降低，则会不利于永磁利用率的提升，若铁氧体磁通密度降低，则会使铁氧体永磁的去磁风险增大，甚至会导致铁氧体永磁发生不可逆去磁。所以在电机设计过程中，如果两种永磁材料的用量配比不合理，则励磁效果反而会低于单一钕铁硼永磁材料的性能指标，影响电机的整体性能。然而目前的电机设计方法中对永磁材料用量的研究较少。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述混合磁材料并联励磁型电机中两种永磁材料的用量设计问题，提出一种混合磁材料并联励磁型永磁电机的设计方法，基于单一稀土永磁基准电机的励磁源等效设计，快速确定满足电机设计指标的两种永磁材料的用量配比。

为实现上述目的，本发明一种混合磁材料并联励磁型永磁电机的设计方法采用的技术方案包含以下步骤：

A、选择一种稀土永磁电机作为基准参照电机，该基准参照电机与待设计的混合磁材料并联励磁型永磁电机具有相同的极槽配比、定子结构、轴长、绕组连接方式以及气隙长度，确定稀土永磁电机和待设计的混合磁材料并联励磁型永磁电机的磁路走向，构建两台电机的等效磁路模型；

B、分别推导出混合磁材料并联励磁型永磁电机中稀土永磁材料和铁氧体永磁材料的体积范围；