[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

说明书

本发明为同步磁阻电机转子形状优化方法及一种同步磁阻电机，该方法包括第一步、根据电机结构参数建立电机有限元模型，利用插值法构建磁通屏障的边界；第二步、确定待优化参数组和目标函数；第三步、对每层磁通屏障的边界进行优化。该电机包括转子铁芯、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多层磁通屏障，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。该方法通过插值法寻找离散点，对磁通屏障进行参数化建模，降低了转矩脉动，增加了平均输出转矩，电机的输出性能明显改善。

技术领域

本发明属于同步磁阻电机技术领域，具体涉及一种同步磁阻电机转子形状优化方法及一种同步磁阻电机。

背景技术

同步磁阻电机本质是一种具有磁阻转矩特性的同步电机，由于其具有结构简单、调速范围广等优异性能，而且转子上无永磁体，可作为永磁同步电机的替代电机，被广泛应用于压缩机、轨道交通、电动汽车以及纺织设备等方面。然而，同步磁阻电机在工作工程中是遵循磁通沿磁阻最小路径闭合，通过转子内多层磁通屏障和导磁桥交替组合，形成d轴和q轴电感差值，利用d轴q轴电感差值产生磁阻转矩，凸极转子的磁阻变化会引起转矩脉动，因此同步磁阻电机具有较大的转矩脉动，会影响电机的运行性能。传统同步磁阻电机转子各层磁通屏障上、下边界为平行的直线，或者是均匀等宽的弧形结构，形成规则形状的磁通屏障和导磁桥，在这种规则磁通屏障形状下，电机转矩脉动较大，因此如何改善同步磁阻电机的运行性能已经成为研究的热点问题。

为抑制转矩脉动，现有研究中主要通过设计绝缘磁通屏障渐变或者磁通屏障不对称的转子结构，采用对转子磁链障碍端部尺寸进行优化或者拓扑优化等方式优化转子铁心结构，这些优化方法主要是从磁通屏障与隔磁层的占有率，磁通屏障的结构以及拓扑优化等方面考虑，在降低转矩脉动的同时存在平均输出转矩减小的问题，降低了电机的运行性能。此外，拓扑优化主要是以材料为优化对象，需要考虑穿孔或漂浮的材料碎片问题，优化过程复杂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种同步磁阻电机转子形状优化方法及一种同步磁阻电机。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

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，每个转子极下包含j层磁通屏障，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每层磁通屏障右半部分上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；

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)；