[发明专利]一种高磁阻转矩、高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法

说明书

本发明公开了一种高磁阻转矩、高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法，属于电机制造的技术领域。提出一种新的选择五相永磁容错电机槽极配合的方法，在确定电机槽极的基础上，对电机的结构进行设计，通过多目标优化的方法使电最终实现兼具高磁阻转矩与高凸极率的目标。在进行电机的槽极配合的选取时，通过构建互耦系数与电机容错性能的关系来提出槽极配合的选取方法，根据该方法选择高容错性能的槽极配合，在此基础上，再综合考虑电机的绕组因数、漏感系数、转子损耗和齿槽转矩等各方面因素使提出的电机设计方法在实现高磁阻转矩和高凸极率的同时，能保证优越的容错性能。

技术领域

本发明涉及到五相永磁容错电机的设计，特别是选取五相容错电机槽极配合以及提升磁阻转矩与凸极率的方法，属于电机制造的技术领域。

背景技术

现如今永磁同步电机已经得到了广泛的应用，从汽车到航空航天的众多领域，永磁同步电机都扮演着十分重要的角色。这主要得益于永磁同步电机的几个显著特点，包括高转矩密度、高效率以及重量体积小等。永磁同步电机采用了高磁能积的磁性材料取代了传统的励磁绕组，不仅消除了励磁绕组带来的负面影响，而且简化了电机的机械结构，使电机运行可靠性提高，机械损耗也相应的减小。

永磁容错电机以其高效率、高转矩密度和良好的容错能力，已被广泛研究用来克服功率开关故障、开路故障和短路故障。传统的五相永磁容错电机槽极配合的选取均根据槽数与极数相差2的原则，该原则指导下的五相永磁容错电机槽极的选取受到了明显的限制。此外，无位置传感器控制被应用于永磁容错电机的驱动中，即使没有位置传感器，永磁容错也可以在磁场定向控制下工作。然而由于分数槽集中绕组永磁容错电机的凸极率非常低，其值接近于1，且其值对磁阻转矩有很大的影响，因此，即使是内置式永磁容错仍然存在相对较低的磁阻转矩。又因为磁阻转矩有利于弱磁控制的可控性，例如，在弱磁控制过程中，如果逆变器发生故障，具有高磁阻转矩的永磁容错电机的过载电压将明显低于较低磁阻转矩的电机。因此，提高永磁容错电机的凸极率和磁阻转矩，对获得良好的容错能力和无位置传感器性能具有重要意义。

发明内容

针对现有五相永磁容错电机槽极配合选取受限的情况，本发明提出了一种全新的选取槽极配合的方法，利用该方法选择的槽极配合的永磁电机均可具有较高的容错能力，并且通过具体设计案例得到了验证。不仅如此，在该方法的基础上更是综合了电机的绕组因数、漏感系数、齿槽转矩和转子损耗等各方面因素，进一步完善了槽极配合的选取方案。另一方面，针对现有永磁容错电机磁阻转矩与凸极率较低的缺点，本发明首先提出了一种选取高性能永磁容错电机槽极配合的方法，由于优化磁阻转矩和凸极率在一定程度上体现出了相对矛盾的趋势，因此为了同时优化两个参数，使得电机达到理想的性能，本发明采用了多目标优化的方法，实现高磁阻转矩与高凸极率的永磁容错电机的要求。

一种高磁阻转矩、高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法，，根据五相永磁电机容错性能与电机自感互感之间的关系，确定永磁容错电机的基础的槽极配合；考虑采用分数槽集中绕组的定子，根据电机绕组因数与转矩性能的关系，选取出具有高绕组因数的槽极配合；考虑漏感系数与转子损耗，确定了低漏感系数与低转子损耗的槽极配合；根据齿槽转矩产生的原理，确定了低齿槽转矩的槽极配合。再综合以上各因素，提出一种具有高容错能力、高绕组因数、低漏感系数、低转子损耗和低齿槽转矩的五相分数槽集中绕组永磁同步电机槽极配合的选取方法。在此基础上继而要实现高磁阻转矩与高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法，其特征在于在保证电机高输出转矩性能的前提下，采用多目标优化方法对磁阻转矩与凸极率进行优化，同时达到电机的高磁阻转矩与高凸极率的性能要求。其具体的设计方法如下：

一种高磁阻转矩、高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，引入互耦系数对五相永磁电机的容错性能进行分析，根据互耦系数与电机容错能力的关系，选取较高容错性能的槽极配合方式；

步骤2，从转矩产生的原理出发，确定影响电机转矩产生的绕组因数的计算方法，根据计算出各槽极配合的绕组因数，选取较高的绕组因数实现电机高转矩输出；