[发明专利]一种整距绕组轴向磁通开关磁阻电机及其多目标优化方法

说明书

本发明公开一种整距绕组轴向磁通开关磁阻电机及其多目标优化方法，属于新型电机设计领域，提供一种轴向长度小，磁通路径短，能量转换率高，转矩密度高的轴向磁通开关磁阻电机方案及计算耗时少的多目标优化方法。与传统采用集中绕组的轴向磁通开关磁阻电机相比，电机在相同体积下的额定功率更大，功率密度和转矩密度都获得了提升。同时电机具有出力大、结构简单、容易维护、可靠性高等优点，具有良好的工程应用价值。

技术领域

本发明属于开关磁阻电机技术领域，具体涉及一种整距绕组轴向磁通开关磁阻电机及其多目标优化方法。

背景技术

随着功率器件和微电子学的快速发展，近二三十年来，开关磁阻电机越来越受到人们的关注。它具有结构简单、造价低廉、机体坚固、可靠性高和调速范围广等优点，但是，由于自身磁阻性质的电磁转矩、特殊的双凸极结构以及脉冲供电方式，开关磁阻电机的转矩密度不高、转矩脉动较大，这两个问题是目前开关磁阻电机进入高性能驱动领域需要面对和解决的难点。因此，为了提高开关磁阻电机的功率密度和转矩密度，提高运行效率，减小转矩脉动，国内外学者做了很多研究，也取得了一定成果。

将开关磁阻电机与轴向磁场结构相结合，形成轴向磁通开关磁阻电机，具有开关磁阻电机和轴向磁场电机的综合优势。轴向磁通开关磁阻电机从定子外径到定子内径的径向长度是电机产生转矩的有效区域。通过适当的磁路设计，定子和转子铁心可以被充分利用。轴向磁通电机通常能够比同样的径向磁通电机提供更高的转矩密度和功率密度。轴向长度小的轴向磁通开关磁阻电机用于低速大转矩电机驱动，例如直接驱动轮毂电机有着特别的优势。

但是传统轴向磁通开关磁阻电机均采用集中绕组配置，往往具有较长的励磁磁路，导致损耗高、运行效率较低，同时不对齐位置磁链容易饱和，使得电机在高安匝数下的转矩输出能力不强。因此本发明提出了整距绕组配置的轴向磁通开关磁阻电机结构，并且定子电枢绕组中的电流在两个背对背的定子槽中沿相反方向流动，在不对齐位置的抵消作用和对齐位置的磁通叠加作用。意在通过新的绕组配置方式的磁路设计方法，使电机能够获得较大的最大最小电感比，提高电机出力，也提高了电机的功率密度。与传统采用集中绕组的轴向磁通开关磁阻电机相比，所述整距绕组轴向磁通开关磁阻电机相同体积下的额定功率更大，功率密度和转矩密度都获得了提升，特别适用于低速大转矩应用，可用于电动汽车轮内直驱电机。

与此同时，针对本结构设计参数较多，采用传统优化方法耗时多的缺点，提出了一种基于设计变量分层的多目标优化方法。能够同时获得较高的电磁转矩和较低的转矩脉动，实现对电机性能的多目标同步优化。

发明内容

本发明的实施例提供一种整距绕组轴向磁通开关磁阻电机及其多目标优化方法，提供一种轴向长度小，磁通路径短，能量转换率高，转矩密度高的轴向磁通开关磁阻电机方案和一种优化耗时短的多目标优化方法。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

电机绕组采用整距绕组配置，绕组安装在定子槽内，相对的定子槽的线圈方向相反，转子铁心采用分块结构，转子铁心块通过由隔磁材料制成的转子盘固定。相较于采用集中绕组配置的传统轴向磁通开关磁阻电机，采用整距绕组的轴向磁通开关磁阻电机结构在相邻的定子极上形成了最短的磁通路径，增大了电机出力，提高了电机的转矩密度，降低了损耗，提高了运行效率。

本发明将整距绕组配置应用到与轴向磁场开关磁阻电机结构上，形成了一种短磁通路径的轴向磁通开关磁阻电机，具有开关磁阻电机和轴向磁场电机的综合优势。通过适当的磁路设计，定子和转子铁心可以被充分利用。轴向磁通电机通常能够比同样的径向磁通电机提供更高的转矩密度和功率密度。同时轴向长度小的轴向磁通开关磁阻电机适用于对电机体积有特殊要求的应用场合，例如电动汽车轮毂电机。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：