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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明为一种永磁同步电机转矩方程建模与参数优化方法，提出并研究了裂比的最佳值在无轭部分段铁芯结构YASA的轴向磁通永磁同步电机中的应用。该方法提供了在一定的损耗限制下YASA结构轴向磁通永磁同步电机电磁转矩的一般表达式以及最佳分裂比，并分别考虑铜损限制以及同时考虑铜损铁损限制下的裂比‑转矩关系。此外，设计参数和会对裂比‑转矩关系产生影响。本发明研究得出了不同气隙长度、端绕组、磁通密度比、转速和不同槽型下的裂比‑转矩关系及其变化规律，得出了在特定损耗限制下转矩计算以及最优裂比计算方法。

主权项：1.一种永磁同步电机转矩方程建模与参数优化方法，其特征在于:所述优化方法用于一种YASA结构的轴向磁通永磁同步电机转矩计算与裂比优化，具体步骤如下:1：计算电磁转矩单个导体在气隙磁通下的有效长度为： 其中：L为单个导体在气隙磁通下的有效长度，Do和Di分别是定子的内径和外径；不考虑饱和、漏磁以及气隙的影响，Bg气隙磁通密度为： 其中：Bg为气隙磁通密度，hm是永磁体的厚度，g是气隙长度，Br是永磁体剩磁密度；在转子上有p对极的情况下，每极的磁通基波幅值表示为： 其中：φpole为磁通基波幅值，π为圆周率，Bg为气隙磁通密度，Sp表示单极的面积，通过下式计算： 其中：Sp表示单极的面积，π为圆周率，Do和Di分别是定子的外径和内径，p为极对数，λ为电机的裂比，计算如式5： 其中：Do和Di分别是定子的外径和内径；每相磁链的幅值为：ψphase＝KpφpoleNw#6其中：ψphase为每相磁链，Kp是线圈的节距因数，φpole为磁通基波幅值，Nw是单相的匝数；根据电磁感应定律，单相感应出的反电势的幅值为： 其中：E为反电势的幅值，Kd是绕组的分布因子，p为极对数，ω是转速，ψphase为每相磁链；根据机械功率和电功率之间的关系，电磁转矩通过为： 其中：T是电磁转矩，m是相数，I是正弦相电流的振幅，Nw是每相绕组匝数，Bg为气隙磁通密度，Do是定子的外径根前面的黄字核对，λ为电机的裂比，Kw是绕组因数，定义为：Kw＝KdKp#9其中：Kd为绕组分布系数，Kp为绕组的节距因数；2：损耗计算与功率转化对于配备m相集中绕组的YASA轴向磁通永磁同步电机，铜损表示为： 其中：PCu为铜损，ρCu是铜材料的电阻率，Z是电机定子中槽的数量，其在数值上等于集中绕组定子的线圈数，IRMS为电机线电流的有效值，Ncoil是每个线圈的匝数，Acond为单根导体的横截面积；在确定的材料和结构参数下，电流幅值是铜耗的决定因素；对于YASA轴向磁通永磁同步电机，定子槽内单根导体的横截面积，通过下式计算： 其中：Acond为单根导体的横截面积，Acoil是线圈的横截面积，kcoil是定子槽满率，Ncoil是单个线圈的匝数；因此，铜损PCu表示为： 其中：PCu为铜损，Z为定子槽数，I是正弦相电流的幅值，ρCu是铜材料的电阻率，Ncoil是单个线圈的匝数，L为单个线圈匝数，Acoil是线圈的横截面积，kcoil是定子槽满率，Do和Di分别是定子的外径和内径，λ为电机的裂比；将铜损表达式代入8式，得到电磁转矩表达式： 其中：T是电磁转矩，m是相数，Nw是每相绕组匝数，B为气隙磁密，Do是定子的外径，λ为电机的裂比，PCu为铜损，Acoil是线圈的横截面积，kcoil是定子槽满率，ρCu是铜材料的电阻率，Ncoil是单个线圈的匝数，Do是定子的外径，Z为定子槽数；3：选取散热表面计算其最大许可损耗与径向磁通电机相同，假定YASA轴向磁通永磁同步电机几乎所有的热量都是从定子外表面散发的，其散热功率可以确定电磁损耗的功率；散热模型分为整体散热模型a或分立式散热模型b,结合定子硅钢材料的导热系数，温度限制下最大允许电磁损耗与尺寸之间的关系写成：Plimit＝hvmπDola#14其中：Plimit是最大允许电磁损耗，h是传热系数，vm是在一定绝缘条件下的最高允许温度，π是圆周率，Do是定子的外径，la是机器的轴向长度；从式14看出，径向磁通电机的散热表面主要由侧表面区域组成；当使用机器外表面散热时，有效散热表面是整个定子的外侧面面积；根据式9，对于所确定的定子外径，存在恒定的铜损极限，即将最大允许电磁损耗Plimit的值代入为铜损值；电磁转矩和电机的裂比之间的关系简化为： 其中：T是电磁转矩，λ为电机的裂比；4：计算最佳分裂比通过对扭矩方程进行微分，获得与最大输出扭矩的分配比相对应的最佳分配比： 其中：T是电磁转矩，λ为电机的裂比。

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