[发明专利]一种磁场调制永磁容错电机高功率因数设计方法

权利要求书

1.一种磁场调制永磁容错电机高功率因数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据电机单相绕组的等效电路，建立功率因数的表达式；通过此表达式确定提升功率因数的关键电磁参数；

步骤2：忽略定子上电枢绕组产生的磁场和定子上齿槽结构，仅考虑转子上永磁体产生的永磁磁场形成的磁通路径；根据转子磁路的对称性与周期性，选择出转子结构基本单元，建立永磁磁动势表达式；

步骤3：模拟电机永磁体在复杂定子结构影响下的磁通路径，建立考虑高次谐波的气隙磁导精细数学模型，选择定子上齿槽结构的基本单元，根据气隙磁导的数学模型建立气隙磁导表达式；

步骤4：将永磁磁动势与气隙磁导相乘得到空载气隙磁密的表达式；

步骤5：将气隙磁密沿气隙圆周一相绕组所对应的圆弧进行积分，得到一相绕组永磁磁链的表达式；

步骤6：建立电机电枢磁场单独作用时的等效磁路图，建立考虑漏磁影响的等效磁路模型，推导出电机相自感的解析式；

步骤7：电机相数为m相，m大于3；绕组方式为单层集中绕组；电机的槽数Z_s应满足Z_s/2m＝2k，k为正整数；电机定子结构上调制齿个数为1.5Z_s；永磁极对数p_r、电机槽数Z_s以及电机绕组极对数p_s满足：p_r＝1.5Z_s-p_s，同时p_s与Z_s满足：|2p_s-Z_s|≤8；

步骤8：基于以上对永磁磁链和相自感的数学分析，推导出功率因数和输出转矩相对于结构参数的表达式，基于推导出的表达式进行采样分析，对采样数据进行灵敏度分析并建立代理模型，通过多目标优化算法得出电机优化结构参数，最终确定兼顾转矩密度和容错性能的高功率因数磁场调制永磁容错电机的设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种磁场调制永磁容错电机高功率因数设计方法，其特征在于，步骤1中功率因数表达式为：

式中，i_q是输入电流幅值，L_aa是绕组相自感，ψ_A是永磁磁链幅值，E是空载反电动势幅值，ω是电角速度，R是绕组线圈电阻；永磁磁链的表达式为：

ψ_A＝n_s∫B(θ_s,t)ds＝n_sL_stkR_o∫B(θ_s,t)dθ_s

式中，n_s是每相绕组匝数，L_stk是电机的轴向长度，B是空载气隙磁密，θ_s是定子机械角度，R_o是定子外半径，空载气隙磁密表达式为：

B(θ_s,t)＝F(θ_s,t)×Λ(θ_s)

式中，F是永磁磁动势，Λ是气隙磁导。

3.根据权利要求1所述的一种磁场调制永磁容错电机高功率因数设计方法，其特征在于，步骤2中永磁磁动势F的表达式为：

式中，F_j是j次磁动势幅值，θ_s是电机定子机械角度，p_r是转子永磁体极对数，j是正奇数。