[发明专利]低转矩波动连续极永磁同步电机磁极结构稳健性设计方法

说明书

本发明公开了一种低转矩波动连续极永磁同步电机磁极结构稳健性设计方法。在连续极永磁同步电机的磁极结构基础上进行改进，采用在铁极处添加一块永磁体且增加极间气隙而形成混合连续极永磁同步电机磁极结构；选择优化变量，建立优化目标，对改进后的混合连续极永磁同步电机磁极结构进行优化设计，实现磁极结构稳健性设计。本发明优化了各优化变量变化对转矩平均值和转矩波动的影响，对改进的电磁结构进行优化，使用优化后的电磁结构能够在保持较高转矩平均值的同时降低电机转矩波动，有效提升了电机运行的平稳性。

技术领域

本发明属于电机优化设计领域的一种永磁同步电机结构设计和布置方法，具体涉及一种能够减小转矩波动的连续极永磁同步电机(CPPMSM)磁极结构稳健性设计方法。

背景技术

稀土永磁同步电机(PMSM)因具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗少、效率高、结构灵活多样等显著特点，被广泛用于航空航天、国防及工农业生产和日常生活的各个领域。但是稀土材料价格昂贵，导致电机成本过高。为了降低电机成本，CPPMSM被提出。CPPMSM与表贴式永磁同步电机(SPMSM)相比，用铁极代替了极性相同的一半永磁体，因此节约了大量永磁体，降低了电机成本。但是CPPMSM的特殊结构导致电机磁场分布不对称，偶次谐波较高，使得电机转矩波动较大，不利于电机的平稳运行。

为了使电机各项性能达到综合最优，现有技术需要对电机进行优化设计。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种用于CPPMSM磁极结构的稳健性设计方法，以在保证较高输出转矩的同时，减小电机的转矩波动，并保证最终结构方案有较好的稳健性。

本发明优化了各优化变量变化对转矩平均值和转矩波动的影响，对改进的电磁结构进行优化，使用优化后的电磁结构能够在保持较高转矩平均值的同时降低电机转矩波动，有效提升了电机运行的平稳性。

本发明所采用的技术方案是：

1)在连续极永磁同步电机(CPPMSM)的磁极结构基础上进行改进，提出电机的磁极改进方案，采用在铁极处添加一块永磁体且增加极间气隙而形成混合连续极永磁同步电机(HCPPMSM)磁极结构；

2)选择优化变量，建立优化目标，对改进后的混合连续极永磁同步电机磁极结构进行优化设置，实现磁极结构稳健性设计。

所述的连续极永磁同步电机的磁极结构包括环形的铁芯和布置在铁芯外周围的铁极和磁极，数量相同的多个铁极和多个磁极沿铁芯圆周交替紧密布置，铁极和磁极之间不具有气隙；

在此基础上，磁极保持不变，每个铁极和磁极之间设置气隙形成极间气隙，每个铁极在沿同一周向的一半侧改设为辅助永磁体，且辅助永磁体和铁极的另一半侧固定连接形成新的铁极，新的铁极中的辅助永磁体和铁极部分的两侧均和磁极之间设置间隙。

所述磁极采用永磁体。铁极和磁极沿径向的厚度相同。

所述的铁极的磁极方向和磁极的充磁方向均沿径向方向，铁极中新增设的辅助永磁体的充磁方向也沿径向方向。

所述的连续极永磁同步电机的磁极结构中，铁极和磁极的磁方向交替相反布置，磁方向包括N极和S极，以N极弧长圆心角θ1和S极弧长圆心角θ2的比值为优化变量A，以N极和S极之间的气隙长度圆心角θ3为优化变量B，以辅助永磁体弧长圆心角θ4与S极弧长圆心角θ2的比值为优化变量C，以磁极沿径向的厚度为优化变量D；以减小转矩波动和提高转矩平均值作为优化目标。

所述步骤(2)具体如下：

2.1)结合电机的结构参数确定各个优化变量的取值，设置水平建立控制因素水平表，控制因素水平表是由每个优化变量在每个水平下的取值构成；