[发明专利]同步磁阻电机转子形状优化方法及一种同步磁阻电机

权利要求书

1.一种同步磁阻电机转子形状优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步、根据电机结构参数建立电机有限元模型，通过插值法构建磁通屏障的边界；

每层磁通屏障包含上、下两条边界；将每层磁通屏障对称分为左、右两部分，每层磁通屏障右半部分两条边界的一个端点均位于y轴上，其中下边界的一个端点与转子极心的距离分别为与y轴之间的夹角为上边界的一个端点与转子极心的距离分别为与y轴之间的夹角为每层磁通屏障右半部分下边界的另一个端点到转子极心的距离分别为与y轴之间的夹角分别为下边界的另一个端点到转子极心的距离分别为与y轴之间的夹角分别为k为每层磁通屏障右半部分每条边界上的总点数，k为正整数；j为同一转子极下的磁通屏障总数；

利用插值法在第j层磁通屏障右半部分下边界的两个端点之间插入k-1个插值点，则各个插值点到转子极心的距离满足式(1)，各个插值点与y轴之间的夹角满足式(2)；

其中，分别为第j层磁通屏障右半部分下边界上第1，2，3，、、、，k-2，k-1个插值点到转子极心的距离；分别为第j层磁通屏障右半部分下边界上第1，2，3，、、、，k-2，k-1个插值点与y轴之间的夹角，均为系数，

第j层磁通屏障右半部分下边界上各个点的坐标为：

同理，在第j层磁通屏障右半部分上边界的两个端点之间插入k-1个插值点，则各个插值点到转子极心的距离满足式(4)，各个插值点与y轴之间的夹角满足式(5)；

其中，分别为第j层磁通屏障右半部分上边界上第1，2，3，、、、，k-2，k-1个插值点到转子极心的距离；分别为第j层磁通屏障右半部分上边界上第1，2，3，、、、，k-2，k-1个插值点与y轴之间的夹角，均为系数，

第j层磁通屏障右半部分上边界上各个点的坐标为：

第j层磁通屏障左半部分的边界与右半部分的边界对称，至此完成第j层磁通屏障的建模；转子极的每层磁通屏障都按照此步骤进行建模，直到完成同一转子极下所有磁通屏障的建模；然后将完成磁通屏障建模的转子极旋转一定角度，得到电机有限元模型；

第二步、将各个系数作为第j层磁通屏障的待优化参数组；以转矩脉动最小平均输出转矩增大为优化目标，定义式(7)的目标函数；

其中，T_{average_Torque}、T_Ripple分别表示待优化同步磁阻电机的平均输出转矩和转矩脉动，T_{trad._ave_Torque}、T_{trad._Ripple}分别表示传统同步磁阻电机的平均输出转矩和转矩脉动；

第三步、设定待优化参数组的最大步长和最小步长，对第j层磁通屏障的边界进行优化；每层磁通屏障的边界都执行第j层磁通屏障边界的优化过程，对同步磁阻电机转子形状进行优化。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机转子形状优化方法，其特征在于，所述待优化参数组的最大步长和最小步长分别为0.1mm、0.01mm。

3.一种使用权利要求1或2所述的方法优化得到的同步磁阻电机，其特征在于，电机包括转子铁芯、磁通屏障、定子铁芯和电枢绕组；转子铁芯的每个转子极下沿电机径向分布有j层磁通屏障，同一转子极下相邻两层磁通屏障之间形成导磁桥，使同一转子极下的磁通屏障和导磁桥交替组合，每层磁通屏障的形状左、右对称，每层磁通屏障上、下两条边界不平行；每条边界呈不规则形状，由多条长短不一和位置不规律的线段依次连接而成，每条边界由端点到中部依次向q轴与此边界的交点的方向收敛。

4.根据权利要求3所述的同步磁阻电机，其特征在于，第j层磁通屏障右半部分下边界上各个点的坐标为：

其中，分别为第j层磁通屏障右半部分下边界上第n个点到转子极心的距离以及与y轴之间的夹角；

第j层磁通屏障右半部分上边界上各个点的坐标为：

其中，分别为第j层磁通屏障右半部分上边界上第n个点到转子极心的距离以及与y轴之间的夹角；