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.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115001229A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210527934.5(22)申请日2022.05.16(71)申请人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市大学路1号申请人荣成市荣佳动力有限公司烟台仙崴机电有限公司(72)发明人陈昊于丰源闫文举刘永强张珂巩士磊王星(51)Int.Cl.H02K16/04(2006.01)H02K1/16(2006.01)H02K1/2796(2022.01)H02K3/28(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称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(57)摘要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。CN115001229ACN115001229A权利要求书1/2页1.一种整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于，电机铁心包括：左侧定子1、转子2、右侧定子3。其中左侧定子铁心1由定子轭101、定子极102、导磁极靴103、定子开槽104组成；右侧定子铁心2的结构组成和左侧定子铁心1完全相同，由定子轭201、定子极202、导磁极靴203、定子开槽204组成；转子铁心3由转子极301、导磁极靴302组成。励磁绕组为整距式绕组，整距绕组线圈安装在定子槽104和204中。2.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于：双定子和单转子并行式排列，双定子齿极相对的安装在转子盘的两侧。对于m相电机，定子槽数为2mn，分块转子数为2(m‑1)n，其中n为正整数。3.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于：所述定子齿极和转子分块均设置了导磁极靴，其中左侧定子1包括定子极靴103，右侧定子2包括定子极靴203，转子铁心块3包括转子极靴302。开关磁阻电机的功率密度与有效气隙面积密切相关，导磁极靴的设置增大了磁极接触面积，使磁通能够更好的沿着短磁通路径通过，在一定程度上增大了电机的功率密度。4.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于：相邻定子齿极间的的定子开槽是平行槽结构。即在不同半径下的定子槽宽度是固定的，定子槽宽度等于定子齿极在内外径中线处的极弧宽度，同时分块转子极高是定子轭高的两倍。5.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于：定子极靴槽开口长度等于转子极靴槽开口长度，即相邻转子段之间的距离等于相邻定子齿之间的距离。这样有助于减小未对齐位置的磁导，而不影响对齐位置的电感。6.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，其特征在于：不同于传统双凸极结构开关磁阻电机绕组采用的集中绕组配置，为了磁通以最短磁路闭合，所述电机绕组采用整距绕组配置，即将整距绕组线圈跨齿安装在定子开槽104和304中。在一侧定子中，径向垂直相对的四个线圈相互串联，然后再和另一侧定子的相同位置的串联后的线圈相串联构成一相。7.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，为了在不对齐位置有磁通抵消效果，两侧定子中相对位置的定子槽内所安装的绕组线圈极性相反。8.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机，结合权利要求书2‑7点，其特征在于：整距绕组和分块转子的采用能获得电机相邻磁极间的短磁通路径，不仅减少转子铁心损耗，而且使按照最小磁通原理运行的开关磁阻电机在不对齐位置的磁路相互抵消，可使不对齐磁链有效降低，从而获得更大的最大最小电感比。这种特性在电机安匝数较大的情况下尤为凸显，因此所述的轴向磁通开关磁阻电机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。9.根据权利要求1所述的整距绕组轴向磁通开关磁阻电机的多目标优化方法，其特征在于，由于所述电机结构复杂，尺寸参数较多，采用传统多目标优化方法时计算复杂，耗时较长，提出一种优化参数分层的多目标优化方法。首先计算各个优化参数对平均电磁转矩、转矩脉动和转矩密度等优化目标的综合灵敏度指标，根据综合灵敏度指标的大小，将优化参数分层为高灵敏度参数和低灵敏度参数。对于高灵敏度参数采用响应表面法建立代理模型结合非支配排序的遗传算法进行优化，对于低灵敏度参数采用田口正交法进行优化。能够获得较高电磁转矩和转矩脉动，同时获得较小的转矩脉动，实现了多个目标的同步优化。2CN115001229A权利要求书2/2页所述的分层多目标优化方法适用于优