1.一种高磁阻转矩、高凸极率的五相永磁容错电机的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,引入互耦系数对五相永磁电机的容错性能进行分析,根据互耦系数与电机容错能力的关系,选取较高容错性能的槽极配合方式;
步骤2,从转矩产生的原理出发,确定影响电机转矩产生的绕组因数的计算方法,根据计算出各槽极配合的绕组因数,选取较高的绕组因数实现电机高转矩输出;
步骤3,对分数槽集中绕组电机的漏电感进行推导,推导出漏电感表达式,根据表达式计算出各槽极配合的漏感系数大小;
步骤4,分析齿槽转矩的产生机理,利用槽数与极对数的最小公倍数计算出不同齿槽转矩性能的槽极配合;
步骤5,对永磁电机的凸极率与磁阻转矩进行理论分析;
步骤6,采用多目标优化方法,从转子结构入手,对凸极率与磁阻转矩同时进行优化;
所述步骤1中的互耦系数计算表达式为:N(θm)=n(θm)‑avg(n(θm)) (1)其中,N(θm)为互耦系数,θm表示沿气隙的角度,n(θm)是绕组函数,avg(n(θm))为一个圆周的气隙绕组函数的平均值;利用绕组函数方法得到电机绕组的自感与互感的计算表达式,其中,A相绕组的自感LAA与A、B相绕组的互感LAB计算表达式如下:μ0是空气的磁导率,r是中心气隙的半径,l是轴向长度,g是气隙长度,NA(θm)为A相绕组的互耦系数,NB(θm)为B相绕组的互耦系数;进一步推导永磁电机的互耦系数mc为:计算出各槽极配合情况下的互耦系数,电机的互耦系数越低表示电机各相绕组之间的影响越小,各相绕组独立性越好,选择较低互耦系数的槽极配合具有较高的容错能力;
所述步骤2中的绕组因数计算为:
kwv=kpvkdv (5)
其中,kwv是v次谐波绕组因数,kpv是v次谐波节距因数,kdv是v次谐波分布因数,节距因数和分布因数通过以下表达式计算得到:其中,v是谐波次数,QS是定子槽数,qph是每相辐条数,αph是两辐条之间的夹角,当v与电机极对数相等时,该绕组因数即为基波绕组因数;
所述步骤3中漏电感、漏感系数的计算表达式为:Lh=σδLm (8)
其中Lh表示漏电感,Lm表示磁化电感,σδ为漏感系数,kwv是v次谐波绕组因数,v是谐波次数,kwp为当v与电机极对数相等时的基波绕组因数,P为电机极对数;较高的漏感系数代表有较高的漏电感,从而导致电机转子损耗过高;
所述步骤4中齿槽转矩的影响因素中,槽数与极对数的最小公倍数为:LCM表示取括号内部各参数值的最小公倍数,Qs为电机槽数,P为电机极对数,β表示电机槽数与极数的最小公倍数;LCM的数值对齿槽转矩具有重要影响作用,而齿槽转矩为转矩脉动的代表参数之一,因此选择较小的β有利于降低电机的齿槽转矩与转矩脉动;
所属步骤5中凸极率与磁阻转矩的计算表达式为:其中,Lq与Ld分别表示交轴电感与直轴电感,m是电机相数,N是每相绕组匝数,kwp为基波绕组因数,λn是等效气隙磁密的傅里叶分解系数,λ0为等效气隙磁密的0阶傅里叶分解系数,λ2为等效气隙磁密的2阶傅里叶分解系数,QS是定子槽数,l是轴向长度,P为电机极对数,ρ为凸极率,即为交轴电感与直轴电感比值,Tem是电机输出的电磁转矩,ψPM是每相定子绕组的永磁体磁链,iq和id分别表示交轴电流与直轴电流,Tre表示电机的磁阻转矩;根据表达式(11)‑(15)即可看出电机的凸极率与电机的交直轴电感值有关,而电机的磁阻转矩则有交直轴电感值、交直轴电流值以及电机的极对数共同决定;
所属步骤6中采用多目标优化方法的表达式为:其中,y为优化目标预测值,a0、ai、aii、aij均为各优化参数的回归系数,可根据经验值确定,zi为其中一个优化的参数,在此处为凸极率,zj为另一个优化的参数,在此处为磁阻转矩,k为优化参数的个数,ζ为一个附加的回归系数以保证方程的准确性,因此得到响应面方程;再将优化后的目标综合成如下表达式:其中yi是两个设计目标中任意一个的预测值,bi是优化参数的初始值,ci是优化参数的最优值,ki是权重系数,根据将优化后的目标综合成的表达式(17)‑(18)即可同时优化磁阻转矩与凸极率。