[发明专利]减小内置式永磁电机铁耗的永磁体腔结构稳健性设计方法

摘要

本发明涉及一种减小内置式永磁电机铁耗的永磁体腔结构稳健性设计方法，包括确定电机初始的永磁体腔结构，内置式永磁电机采用单层U型永磁体结构；改进电机的永磁体腔结构，在U型永磁体腔两侧接近转子铁心表面的位置增加三角形的永磁体腔拓展结构，并将相邻极间的永磁体腔进行连接；利用Taguchi法对永磁体腔改进结构进行优化；本发明改进了具有单层U型永磁体结构的内置式永磁电机的永磁体腔结构，改进后的结构能够有效降低气隙磁场中的谐波分量，使得电机的定、转子铁耗明显减小，且优化后的永磁体腔结构使得电机的电磁转矩波动及齿槽转矩明显减小，提升了电机运行的平稳性。

主权项

一种减小内置式永磁电机铁耗的永磁体腔结构稳健性设计方法，包括下列步骤：(1)确定电机初始的永磁体腔结构，内置式永磁电机采用单层U型永磁体结构，即具有单层U型的永磁体腔结构；(2)确定Taguchi法为减小内置式永磁电机铁耗的永磁体腔结构稳健性设计的方法；(3)改进电机的永磁体腔结构，在U型永磁体腔两侧接近转子铁心表面的位置增加三角形的永磁体腔拓展结构，并将相邻极间的永磁体腔进行连接；(4)以连接相邻极永磁体腔结构到U型永磁体两侧永磁体上层边的距离、连接相邻极永磁体腔结构的厚度、三角形的永磁体腔拓展结构位于转子铁心中的顶点到转子铁心圆心处的距离、永磁体腔拓展结构的顶点到圆心的线段与d轴之间的夹角以及永磁体腔拓展结构的顶点所对边的距离作为优化变量；以电机的定子铁耗、转子铁耗作为优化目标；以额定电磁转矩的减小量不超过优化前额定电磁转矩的5％作为约束条件，利用Taguchi法对永磁体腔改进结构进行优化，进行优化的步骤如下：1)优化变量的个数即为因素数，确定各因素的水平个数及相应的取值，建立可控因素水平表，根据因素数及水平个数建立合适的正交表；2)在电机的额定点、最大转矩点及弱磁点三个运行点处，根据建立的正交表，分别对每一组试验进行有限元分析，得到在三个运行点处各组试验所对应的定、转子铁耗及电磁转矩的值；3)将得到的各组试验的结果进行平均值分析，得到定、转子铁耗及电磁转矩随各优化变量各水平的变化情况，进而在三个运行点处分别得到使定、转子铁耗最小及电磁转矩减小量最小的各优化变量所取水平值的组合；4)在平均值分析的基础上对正交试验得到的结果进行方差分析，得到各个优化变量对定、转子铁耗及电磁转矩影响的相对重要性程度，并根据步骤3)中得到的分别使定、转子铁耗最小的各优化变量所取水平值的组合，最终在三个运行点处分别得到一组兼顾定、转子铁耗的优化变量所取水平值的组合，即永磁体腔改进结构的优化方案；5)结合在步骤4)得到的三个运行点处的永磁体腔改进结构的优化方案，综合考虑得到一组最终的优化变量所取水平值的组合，即永磁体腔改进结构的最终优化方案；6)根据步骤5)得到的永磁体腔改进结构的最终优化方案，对内置式永磁电机的永磁体腔进行改进，并对改进后的内置式永磁电机进行有限元分析，得到定、转子铁耗及额定电磁转矩的值，将额定电磁转矩与改进前进行对比，若满足约束条件的要求，则确定永磁体腔改进结构的最终优化方案，若不符合要求，则重复步骤3)～5)重新进行永磁体腔改进结构优化方案的选取。