[发明专利]拓宽内置式永磁同步电机转速范围的转子结构稳健性设计

摘要

本发明涉及一种拓宽内置式永磁同步电机转速范围的转子结构稳健性设计方法，包括：确定电机初始的转子结构，永磁体采用单层“V”型结构；改进电机的转子结构；利用Taguchi法对上述的改进结构方案进行优化，确定优化变量、优化目标及约束条件；建立因素水平表；在不同条件下对电机进行有限元仿真，得到不同因素水平下的d轴电感、q轴电感与电磁转矩的值；进行平均值分析；在平均值分析的基础上对结果进行方差分析；确定最优解，对样机进行改进。

主权项

1.一种拓宽内置式永磁同步电机转速范围的转子结构稳健性设计方法，包括下列步骤：第一步：确定电机初始的转子结构，永磁体采用单层“V”型结构；第二步：改进电机的转子结构，首先，在保证永磁体用量不变的前提下，对“V”型永磁体进行分段，每部分永磁体分n段且分段位置不均匀，使得d轴电感有效增大；同时，在转子d轴表面设置向气隙方向的凸起，使得气隙不均匀，在一定程度上可以降低气隙磁密的谐波，且降低d轴磁路的磁阻，起到增大d轴电感的作用；第三步：利用Taguchi法对上述的改进结构方案进行优化，确定优化变量、优化目标及约束条件，其中，优化变量设置为：每个磁极中心的转子铁心向气隙方向凸起圆弧的厚度、凸起圆弧的端点与原点的连线与d轴之间的角度、相邻分段永磁体之间隔磁桥的宽度、不同分段位置；优化目标设置为d轴电感与q轴电感；约束条件设置为电机的电磁转矩，与优化前的原始电磁转矩相比，其减小量不超过3％，称之为3％的约束；第四步：建立因素水平表，根据选取的优化变量的取值范围设置正交实验表；第五步：在不同条件下对电机进行有限元仿真，得到不同因素水平下的d轴电感、q轴电感与电磁转矩的值；第六步：将有限元得到的每组实验结果进行平均值分析，包括总体平均值分析及各因素下的平均值分析，从而分析优化变量对d轴电感、q轴电感及电磁转矩的影响，分别得到使d轴电感最大、q轴电感最大及电磁转矩下降最少的最优组合；第七步：在平均值分析的基础上对结果进行方差分析，进行各变量不同水平下对优化目标影响的相对重要性程度的定量分析，并对上一步中使d轴电感、q轴电感最大及电磁转矩下降最少的组合进行综合分析，得到一组最优解，即在满足电磁转矩的约束时使d轴电感及q轴电感最大；第八步：根据上一步中确定的最优解，对样机进行改进，并就改进前后的两个电机结构分别进行有限元分析，得到d轴电感、q轴电感与电磁转矩，并进行对比，若电磁转矩满足所要求的3％的约束，则该结构为最终结构，若不满足，则需重新执行步骤六与步骤七，最终确定最优结构。