[发明专利]一种永磁辅助式同步磁阻电机优化设计方法

说明书

本发明公开了一种永磁辅助式同步磁阻电机优化设计方法，基于定转子电磁解耦原理，构建定转子电磁解耦的电机有限元模型；采用遗传算法对电磁解耦后的定、转子模型分别进行优化设计获得最优模型参数；再将优化过后的定、转子模型重新耦合，校验电机整体电磁性能。本发明方法可以有效降低优化维度、节省计算资源、提高电机电磁性能。

技术领域

本发明涉及永磁辅助式同步磁阻电机优化设计的技术领域，特别是涉及一种永磁辅助式同步磁阻电机优化设计方法。

背景技术

同步磁阻电机一般是指利用转子位置变化所引起的磁阻变化，从而产生磁阻转矩的一种交流同步电机类型，其具有结构简单、成本低廉、加工方便等优点。

然而在同步磁阻电机具备上述优点同时，其功率因数较低的特点也较为突出。为了克服其上述缺点，并进一步改善电机的电磁性能，一般可以改进优化其转子结构拓扑，并在转子合适位置添加一定量的永磁体对电机进行辅助励磁，进而演变为永磁辅助式同步磁阻电机。永磁辅助式同步磁阻电机结合了同步磁阻电机和永磁同步电机各自的电磁特性和结构特点，其输出转矩中既含磁阻转矩又含永磁转矩，具有体积较小、效率较高、调速范围宽、转矩密度较高和成本较低的优点。

永磁辅助式同步磁阻电机还具备结构拓扑复杂、气隙谐波含量丰富、转矩脉动较大的特点。其电磁性能受定转子结构拓扑和绕组形式等因素的影响较为敏感。因此，为了进一步提升永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能，工程技术人员通常会对上述敏感参数进行优化设计。

然而永磁辅助式同步磁阻电机定转子之间具有很强的电磁耦合关系，并且电机磁路具有非线性的特性，采用传统电机设计理论较难定量捕捉上述敏感参数对电机电磁性能的影响，特别是电机谐波电磁特性的变化。此外，永磁辅助式同步磁阻电机优化设计所涉及的总的优化维度较大，虽然可以应用一些优化算法缩短最优解的搜索路径，加快最优解的求解，但总体而言需要消耗的计算机资源和时间成本仍然偏高。因此，有必要针对永磁辅助同步磁阻电机优化设计困难的问题，提出降低优化维度、缩短最优解搜索路径的新型优化设计理论和方法。

发明内容

本发明针对永磁辅助式同步磁阻电机现有优化设计方法不足，提供一种基于定转子电磁解耦原理的新型电机电磁场模型以及相应的优化设计方法，以求降低永磁辅助式同步磁阻电机的优化维度，缩短最优解的搜索路径，实现电机电磁性能的提高。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种永磁辅助式同步磁阻电机优化设计方法，包括如下步骤：

(1)建立二维电磁场有限元初始完整模型，并进行初步电磁方案的设计；

(2)将二维电磁场有限元初始完整模型沿定转子气隙中心拆分成单独定子模型和单独转子模型，以求定转子电磁解耦；

(3)对于解耦后的定子模型，给定子绕组通以三相对称电流，在定子模型气隙中间位置处获得归一化气隙径向磁密分布；

(4)将步骤(3)中的归一化气隙径向磁密进行频谱分析得到相应磁密频谱。频谱图中的基波以及相应的谐波分量的大小能够反应绕组形式和定子结构拓扑等参数对电机电磁性能的影响。通常提高频谱中0阶分量的幅值有利于提高电机转矩输出水平，降低高阶谐波幅值有利于降低转矩脉动、杂散损耗和振动噪声等；

(5)单独转子模型可以参照步骤(3)和步骤(4)中的相同原理和步骤，获取转子侧的归一化气隙径向磁密和相应的磁密频谱；