[发明专利]内置式永磁同步电机设计参数优化方法

说明书

本发明涉及内置式永磁同步电机设计参数优化方法，采用静态电磁场对电机的有、无定子齿槽结构分别进行有限元分析，获得电机的空载气隙磁密波形系数；基于改进的转子磁势位法，结合永磁电机等效磁路模型及绕组函数，获得电机的电枢反应磁密波形系数；最终快速准确地求得电机的电枢反应系数。电机的铁芯饱和及漏磁磁场等因素的影响被充分计及，同时能够准确考虑复杂齿槽效应对气隙磁导及永磁磁动势的影响。使得内置式永磁电机的电枢反应系数的求解更加快捷高效，有利于电机的交直轴电感、电抗、转矩等重要参数的快速求解，提高了电机的初始设计效率，改善电机的电磁表现。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，具体为内置式永磁同步电机设计参数优化方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着全球新能源及绿色经济的兴盛蓬勃，永磁同步电机凭借其高功率密度、高效率、高转矩密度和高可靠性的特点在工业及交通运输领域吸引了广泛的关注。尤其是近年来，新能源汽车的飞速发展给永磁同步电机的发展提供了新的历史性机遇。相较于表贴式永磁同步电机，内置式永磁同步电机有着诸多优异的电磁表现，例如高可靠性及高过载能力等。另外，内置式永磁同步电机的交直轴磁路的不对称配置使得其磁阻转矩同永磁转矩一样作为电磁转矩的有效成分来提高转矩表现能力。

内置式永磁同步电机的设计过程需要获得各部件的结构尺寸，例如气隙长度、隔磁桥宽度、永磁体厚度等，通过获取电枢反应系数，就可以从理论上得到了影响电机交直轴电感、电抗的因素，特别是对内置式永磁同步电机，其交直轴电感不同产生的磁阻转矩是不同的，可以在电机初始设计上朝着增大交直轴电感的差值的方向去设计电机的结构尺寸。

而无论何种电机，电枢反应系数的准确求解，都是在能够准确建立该类电机磁场解析模型的基础上的。正如目前应用于磁场分析的解析法：等效磁路法、等效磁网络法、精确子域法等，都主要适用于表贴式永磁同步电机、表面埋入式永磁同步电机、嵌入式永磁同步电机，所以这几种电机的电枢反应系数求解模型能够被准确建立。

虽然有研究提出了针对内置式永磁电机的解析法，但其解析模型都做了大量的简化及假设，如“忽略隔磁桥的饱和影响、假设定转子铁芯磁导率无穷大等”，这些假设都会对于电枢反应系数模型的建立产生影响，使得电机的设计参数获取过程不理想，进而难以在电机初始设计上朝着增大交直轴电感的差值的方向去设计电机的结构尺寸。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供内置式永磁同步电机设计参数优化方法，从等效磁动势及气隙磁导出发，对电机的有、无定子齿槽结构分别进行有限元分析，获得电机的空载气隙磁密波形系数；基于改进的转子磁势位法，结合永磁电机等效磁路模型及绕组函数，获得电机的电枢反应磁密波形系数；利用空载气隙磁密波形系数和电枢反应磁密波形系数获取优化后的电枢反应系数。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供内置式永磁同步电机设计参数优化方法，包括以下步骤：

基于内置式永磁同步电机的无定子齿槽模型和有定子齿槽模型分别进行有限元分析，得到等效永磁体磁动势模型、气隙磁导函数及空载气隙磁场分布模型，获得电机的空载气隙磁密波形系数；

基于改进的转子磁势位法，利用永磁电机等效磁路模型和绕组函数，得到电机的交轴电枢反应磁场分布模型和直轴电枢反应磁场分布模型，获得电机的电枢反应磁密波形系数；

电机的空载气隙磁密波形系数与电枢反应磁密波形系数的比值即为电机优化后的电枢反应系数。

电机的空载气隙磁密波形系数为电机空载气隙磁场分布的气隙磁密基波幅值与气隙磁密最大值的比值。

获得电机的空载气隙磁场分布模型，包括以下步骤：