[发明专利]谐波注入磁形的带凸铁表插式永磁电机的半解析优化方法

说明书

本发明公开了一种谐波注入磁形的带凸铁表插式永磁电机的半解析优化方法，通过表插式永磁电机的Halbach阵列永磁体上注入谐波以增强电机性能，对该电机进行了解析建模，并通过半解析法优化谐波注入磁形比例和磁化角度以获取最优径向气隙磁密。本发明在提高表插式永磁电机的径向气隙磁密基波幅值大小的同时减小三次谐波幅值大小，并提出对应的参数最优化方法，在等量永磁用量的情况下，优化了径向气隙磁密，因此可提高该类电机的转矩密度和功率。

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，涉及一种谐波注入磁形的带凸铁表插式Halbach阵列永磁电机径向气隙磁密的半解析优化方法。

背景技术

永磁电机具有效率高、体积小以及功率密度高等优点，广泛地应用在航空航天、国防、交通运输、工农业生产和公共生活等领域。永磁电机根据转子永磁所处位置分为表贴式、表面插入式以及内置式永磁电机。表贴式电机结构较为简单，各项参数通过解析法可较为容易得到。相较于表贴式电机，表面插入式电机的解析法由于需要用到矩阵运算，因此计算过程较为复杂，部分参数无法直接计算得到。但是表面插入式永磁电机有高机械强度、宽弱磁区域和高转矩等显著优点。而Halbach阵列有着广泛的应用潜力。仅理论出发，Halbach阵列段数越多，其产生的径向气隙磁场越接近于理想的正弦波。然而随着段数的增加，工艺复杂程度和成本也随之上升。因此考虑实际应用情况，通常仅研究两段/三段等有限段Halbach阵列。永磁体的形状对电机的电磁性能也有着较大的影响，常见的改变永磁体形状的方法有：内偏心、外偏心和外弧的函数形状(三角函数、反三角函数等)。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术永磁电机存在的转矩密度和功率密度较低等问题的缺陷，提供一种谐波注入磁形的带凸铁表插式Halbach阵列永磁电机径向气隙磁密的半解析优化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种谐波注入磁形的带凸铁表插式Halbach阵列永磁电机的半解析优化方法，在表插式永磁电机的Halbach阵列永磁体上注入谐波以增强电机性能，并通过半解析法优化谐波注入磁形比例和磁化角度以获取最优径向气隙磁密。

所述谐波注入磁形的带凸铁表插式Halbach阵列永磁电机的径向气隙磁密由解析法计算所得，并形成以三次谐波比例α₃和磁化角度Δθ为变量的径向气隙磁密的基波幅值/三次谐波幅值的两个三维曲面图，然后三次谐波比例α₃为自变量，使基波幅值最大/三次谐波最小的磁化角度Δθ为因变量，从两个三维曲面图中投影出两条磁化角度Δθ关于三次谐波比例α₃的二维平面曲线，最后两个曲线的交点即为三次谐波比例α₃和磁化角度Δθ为变量的最优解。

以下是具体计算过程：

外弧表达如如下：

R_cn＝R_r+h_mcos(pθ_n)-a₃h_mcos(3pθ_n) (1)

式中：R_cn为磁形外弧到圆心的距离，R_r转子外半径,h_m为永磁体厚度系数，p为极对数，θ_n为位置角，α₃为三次谐波比例系数。

一个电周期内两段式Halbach阵列，由于外弧不为同心圆，因此通过等效分割方法将每一段Halbach阵列分为c块，其磁化强度可写为分段函数如下：