一种凸极磁阻式铁芯及其设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115906473A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211446007.7(22)申请日2022.11.18(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人葛健徐伟曹辰张娅平李泽浩廖光钰陈昊杨凯(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201专利代理师李晓飞(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)H02K15/02(2006.01)H02K1/24(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图2页(54)发明名称一种凸极磁阻式铁芯及其设计方法(57)摘要本发明公开了一种凸极磁阻式铁芯及其设计方法，属于电机设计技术领域。方法包括：在二维笛卡尔坐标系中，建立电机初、次级或定子、转子面向气隙的表面构成的求解域内标量磁位分布满足的Laplace方程，求解所述Laplace方程中标量磁位的通解，进而得到待设计的凸极磁阻式电机铁芯满足的函数关系；基于所述函数关系，设定坐标点间隔，得到所述凸极磁阻式铁芯的轮廓坐标。同时，基于本发明设计的函数关系，以基波比磁导达到最大为目标，求解使基波磁导最大的铁芯齿高，将该最大的铁芯齿高及其他参数代入上述函数关系，解出铁芯轮廓坐标。本发明提供的方法能够准确、快速地设计出凸极磁阻式铁芯结构，并在不增加谐波含量的前提下使基波比磁导幅值最大。CN115906473ACN115906473A权利要求书1/4页1.一种凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，包括步骤：步骤S1、在二维笛卡尔坐标系中，建立求解域内标量磁位分布满足的Laplace方程，其中，所述求解域为直线电机初、次级面向气隙的表面构成的求解域或旋转电机定子、转子面向气隙的表面构成的求解域；所述直线电机的次级为凸极磁阻式铁芯，所述旋转电机的转子为凸极磁阻式铁芯；步骤S2、求解所述Laplace方程中标量磁位的通解步骤S3、求解所述通解中的待定系数，得到所述凸极磁阻式铁芯的尺寸参数与所述凸极磁阻式铁芯轮廓坐标之间的函数关系；步骤S4、基于所述函数关系，设定坐标点间隔，得到所述凸极磁阻式铁芯的轮廓坐标。2.根据权利要求1所述的凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，针对直线电机，所述函数关系为：式中：其中，τt为凸极磁阻式铁芯的齿距，hs为凸极磁阻式铁芯齿高，δ为物理气隙长度，x和y分别为笛卡尔坐标系下凸极磁阻式铁芯的横坐标与纵坐标，x方向为直线电机的纵向。3.根据权利要求1所述的凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，针对旋转电机，所述函数关系为：式中：2CN115906473A权利要求书2/4页其中，Rsi为电机定子内半径，Rro为电机转子外半径，Nr为转子铁芯的凸极数，hs为凸极磁阻式铁芯齿高，r和θ分别为极坐标下的极径和角度。4.根据权利要求2或3所述的凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，在步骤S3之后，还包括步骤：以基波比磁导最大为目标，优化所述函数关系，得到使基波比磁导最大的最优铁芯齿高hsmax所满足的方程，以所述最优铁芯齿高hsmax作为所述凸极磁阻式铁芯齿高。5.根据权利要求4所述的凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，针对直线电机，所述最优铁芯齿高hsmax所满足的方程为：其中，τt为凸极磁阻式铁芯的齿距，hsmax为最优铁芯齿高，δ为物理气隙长度。6.根据权利要求4所述的凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，针对旋转电机，所述最优铁芯齿高hsmax所满足的方程为：式中：其中，Rsi为电机定子内半径，Rro为电机转子外半径，Nr为转子铁芯的凸极数，hsmax为最优铁芯齿高。7.根据权利要求4所述的凸极磁阻式铁芯设计方法，其特征在于，得到所述最优铁芯齿高hsmax后，还包括步骤：将所述最优铁芯齿高hsmax对应的铁芯轭部厚度d与预设的最小轭部厚度dmin相比较；若d＜dmin，则以最大铁芯齿高作为最优铁芯齿高hsmax，其中，所述最大铁芯齿高为铁芯3CN115906473A权利要求书3/4页高度与预设的最小轭部厚度dmin的差值。8.一种凸极磁阻式铁芯，其特征在于，由权利要求1‑7任意一项所述的凸极磁阻式铁芯设计方法设计得到。9.一种凸极磁阻式铁芯，其特征在于，所述凸极磁阻式铁芯的尺寸参数与所述凸极磁阻式铁芯轮廓坐标之间满足函数关系；针对直线电机，所述直线电机的次级为凸极磁阻式铁芯，所述函数关系为：式中：其中，τt为凸极磁阻式铁芯的齿距，hs为凸极磁阻式铁芯齿高，δ为物理气隙长度，x和y分别为笛卡尔坐标系下凸极磁阻式铁芯的横坐标与纵坐标，x方向为直线电机的纵向；针对旋转电机，所述旋转电机的转子为凸极磁阻式铁芯，所述函数关系为：式中：其中，Rsi为电机定子内半径，Rro为电机转子外半径，Nr为转子铁芯的凸极