【技術實現步驟摘要】
一種采用粘結磁環的交替極外轉子結構及優化設計方法
[0001]本專利技術涉及一種采用粘結磁環的交替極外轉子結構及優化設計方法，屬于永磁電機
技術介紹
[0002]永磁電機具有高功率密度、高效率和高功率因數等優點，已在家用電器和新能源汽車等諸多領域得到廣泛應用。高性能永磁電機的轉子一般采用釹鐵硼稀土永磁材料。然而，由于稀土是重要的戰略資源，也是不可再生資源，釹鐵硼永磁體的價格高居不下，導致電機成本較高。因此，減少電機中稀土永磁的使用量，不僅能降低電機成本，而且可助力稀土資源的可持續發展，具有重要的現實意義。
[0003]傳統永磁電機中，永磁轉子的每一對磁極都由極性相反的兩個永磁體構成，永磁體用量較大，磁材的利用率較低。采用交替極技術，將傳統永磁轉子中一半且極性相同的永磁體用轉子鐵心替代，這些轉子鐵心極將被磁化，起到與永磁體相同的作用，從而達到降低永磁體用量的目的。
[0004]傳統永磁電機采用的燒結永磁體為了加工方便常制成方塊狀、瓦片狀，在電機轉子中一塊磁體充當一個磁極，應用交替極技術之后所有的磁體也是獨立的；粘結永磁體可以被制作成多對極磁環，有著尺寸精度高、磁場均勻性好、成型與裝配方便等優點，更具特色的是，它擅長復雜形狀產品的制造，精度高，無需后續機加工，材料浪費少，成本低，且方便一體化充磁，形成均勻、精確磁場，若與燒結永磁體類似地制作成若干個獨立的單向磁化的磁極，形成交替極結構，則失去了粘結磁環磁場均勻性好、成型與裝配方便等優點。因此，有必要設計一種新型粘結磁環的交替極結構，通過對磁環形狀...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種采用粘結磁環的交替極外轉子結構，其特征在于，包括粘結磁環和轉子鐵心，其中，粘結磁環外壁上均布設置有突出的齒部，轉子鐵心內設置有對應的凹槽，粘結磁環和轉子鐵心通過齒部和凹槽粘結固定。2.如權利要求1所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構，其特征在于，粘結磁環外壁上的齒部數量與永磁電機的極對數相同。3.如權利要求2所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構，其特征在于，粘結磁環的所有齒部采用徑向充磁，且充磁方向相同，粘結磁環其余部分采用徑向充磁，充磁方向與齒部相反，充磁波形為梯形波。4.如權利要求3所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構的優化設計方法，其特征在于，步驟如下：(1)以等厚磁環為轉子組成的電機仿真模型為參考模型，仿真得到其各項性能參數；(2)粘結磁環和轉子鐵心組成轉子，轉子與定子、定子繞組組成電機，根據電機設計目標，選擇待優化的結構參數以及初始范圍、目標函數和約束條件；(3)建立交替極粘結磁環的電機仿真模型為初始模型；(4)構建模糊變權重的遺傳算法模型，進行多目標優化仿真求解，選取使電機性能最優的參數組合作為最優解。5.如權利要求4所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構的優化設計方法，其特征在于，步驟(1)中，性能參數包括輸入電流、平均轉矩、轉矩波動、永磁體用量和單位永磁體轉矩。6.如權利要求5所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構的優化設計方法，其特征在于，步驟(2)中，待優化的結構參數包括粘結磁環的厚度、齒部厚度和極弧系數，所述粘結磁環的極弧系數初始范圍為0.5
?
1.5，極弧系數定義為齒部相對轉軸中心的扇形夾角α與極距τ的比值，所述粘結磁環的厚度與轉子厚度比值為0.6
?
0.75，粘結磁環齒部厚度與粘結磁環總厚度之比為0.4
?
1。7.如權利要求6所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構的優化設計方法，其特征在于，步驟(2)中，目標函數為：f1(x)＝ΔT
r
＝T
r
?
T
r0
f2(x)＝ΔU
PM
＝U
PM
?
U
PM0
其中，f1(x)和f2(x)分別為第一目標函數和第二目標函數，ΔT
r
和ΔU
PM
分別為轉矩波動變化率和單位永磁體轉矩變化率，T
r0
和U
PM0
分別為參考模型的轉矩波動和單位永磁體轉矩，T
r
和U
PM
分別為轉矩波動和單位永磁體轉矩，定義為：分別為轉矩波動和單位永磁體轉矩，定義為：其中，T
max
、T
min
和T
av
分別為電機穩定時一個電周期內轉矩的最大值、最小值和平均值，V
PM
為電機所使用永磁體的體積；優選的，步驟(2)中，約束條件為：
g(x)＝ΔT
av
＝T
av
?
T
av0
≥
?
5％其中，g(x)為平均轉矩下降率的約束條件，ΔT
av
為平均轉矩下降率，T
av0
為參考模型的平均轉矩。8.如權利要求7所述的采用粘結磁環的交替極外轉子結構的優化設計方法，其特征在于，步驟(4)中，模糊變權重的遺傳算法模型為：遺傳算法求解R(x1，x2，x3)的最大值，流程設計如下：
①
初始種群：隨機生成N個個體，每個個體為[x1，x2，x3]，x1，x2，x3分別代表粘結磁環厚度、齒部厚度和極弧系數，確定交叉概率Pc，交叉概率決定種群中有多大比例的父代個體會參與交叉產生子代個體，確定迭代代數irte；
②
編碼：對基因G
0i
(其中i＝1、2、3......N，N為初試種群數)進行二進制編碼，x1，x2，x3的編碼范圍分別為[x1min，x1max]、[x2min，x2max]和[x3min，x3max]；
③
適應度函數：設置f(x)＝R(x1，x2，x3)作為適應度函數：f(x)＝R(x1，x2，x3)＝af1+bf2上式由兩個函數以一定權重合成，根據f1，f2的實際值動態地改變f2在合成式中所占的權重b，f1，f2分別為轉矩波動下降率和單位永磁體轉矩增加率；a與b之間關系為：a＝b―1；
④
選擇：先求出本次需要的理論父代個體數目：A0＝Pc*N/2Pc為交叉概率，為了維持種群規模相對穩定，實際父代個體數目A可比A0多5％到10％，通過如下步驟篩選出合適的父代個體：首先，計算每個個體Gi(i＝1，2，...N)的適應度f(Gi)，進而求出種群的總適應度：sum＝f(x1)+f(x2)+......f(xN)針對每個個體Gi按照以下步驟獲取其適應度：將x
i1
，x
i2
，x
i3
導入有限元仿真軟件中，得出Gi的第一目標函數f1與第二目標函數f2；轉向上述步驟
③
，獲得模糊輸出b，求出a；個體Gi的適應度定義為：f
i
＝a*f1+b*f2；然后，計算每個個體Gi(i＝1，2，...N)被選中的概率p(Gi)：在[0，1]區間內隨機生成一個數r；循環判斷：如果r<P(Gi)，則選取個體Gi；否則，r＝r
?
P(Gi)，繼續判斷，直到選取一個個體；被選...
【專利技術屬性】
技術研發人員：俞軍濤，黃龍斌，倪勝，王麗，
申請(專利權)人：山東大學威海工業技術研究院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。