对应的定、转子铁耗及电磁转 矩的值，如表4~表6所不；
[0036] (7)将得到的各组试验的结果进行平均值分析，所得结果如表7~表9所示，由表 中数据可得到定、转子铁耗及电磁转矩随各优化变量各水平的变化情况，进而得到分别使 定、转子铁耗最小及电磁转矩减小量最小的各优化变量所取水平值的组合；
[0037] 表7额定运行点定、转子铁耗及电磁转矩在各因素各水平下的平均值
[0038]
[0044] 由表7~表9可得，当因素D的取值越小（永磁体腔拓展结构的顶点越接近d轴）， 或者因素E的取值越大（永磁体腔拓展结构的顶点所对边宽度越大）时，定子铁耗减小的 越多，但同时电磁转矩下降的也会越多。且因素E的取值较大时，电机的转子铁耗较小。此 外，因素C的取值越大时，即永磁体腔拓展结构的顶点越靠近转子铁心表面时，越有利于定 子铁耗的减小。同时，因素A的取值较大时，即连接相邻极永磁体腔的结构较靠近转子铁心 表面时，电机的定子铁耗及转子铁耗均较小，但同时电机的电磁转矩也下降较多。
[0045] 由表7可以得到，在电机的额定运行点，使定子铁耗最小的各因素所取水平值 的组合为A(IV)B(III)C(IV)D(I)E(IV)，使转子铁耗最小的各因素所取水平值的组合为 A (IV) B (IV) C (III) D (I) E (IV)，使电磁转矩减小量最小的各因素所取水平值的组合为A (I) B(I)C(I)D(IV)E(I);由表8可以得到，在电机的最大转矩运行点，使定子铁耗最小的各因 素所取水平值的组合为A (IV) B (III) C (IV) D (I) E (IV)，使转子铁耗最小的各因素所取水平 值的组合为A (IV) B (III) C (II) D (I) E (IV)，使电磁转矩减小量最小的各因素所取水平值的 组合为A(II)B(I)C(I)D(III)E(I);由表9可以得到，在电机的弱磁运行点，使定子铁耗最 小的各因素所取水平值的组合为A (IV) B (III) C (IV) D (I) E (IV)，使转子铁耗最小的各因素 所取水平值的组合为A(IV)B(III)C(m)D(I)E(III)，使电磁转矩减小量最小的各因素所 取水平值的组合为A (I) B (I) C (I) D (IV) E (I)。
[0046] (8)在平均值分析的基础上对正交试验得到的结果进行方差分析，得到各个优化 变量对定、转子铁耗及电磁转矩影响的相对重要性程度，如表10~表12所示。并根据步骤 (7)中得到的分别使定、转子铁耗最小的各优化变量所取水平值的组合，最终在三个运行点 处分别得到一组兼顾定、转子铁耗的优化变量所取水平值的组合，即永磁体腔改进结构的 优化方案；
[0054] 由表10可得，在额定运行点，5个优化变量对定子铁耗影响的重要性程度从大到 小依次为DECAB，而对转子铁耗影响的重要性程度从大到小依次为ECBAD，根据各个优化变 量对定、转子铁耗影响的相对重要性程度，结合步骤（7)中得到的分别使定、转子铁耗最小 的各优化变量所取水平值的组合，得到在额定运行点，各个优化变量所取水平值的最优组 合为A (IV) B (IV) C (III) D (I) E (IV);由表11可得，在最大转矩运行点，5个优化变量对定子 铁耗影响的重要性程度从大到小依次为DECAB，而对转子铁耗影响的重要性程度从大到小 依次为EDACB，根据各个优化变量对定、转子铁耗影响的相对重要性程度，结合步骤（7)中 得到的分别使定、转子铁耗最小的各优化变量所取水平值的组合，得到在最大转矩运行点， 各个优化变量所取水平值的最优组合为A (IV) B (III) C (IV) D (I) E (IV);由表12可得，在弱 磁运行点，5个优化变量对定子铁耗影响的重要性程度从大到小依次为DCEAB，而对转子铁 耗影响的重要性程度从大到小依次为ECDAB，根据各个优化变量对定、转子铁耗影响的相对 重要性程度，结合步骤（7)中得到的分别使定、转子铁耗最小的各优化变量所取水平值的 组合，得到在弱磁运行点，各个优化变量所取水平值的最优组合为A(IV)B (III) C(III)D (I) E(III) 〇
[0055] (9)步骤（8)中得到在三个运行点处兼顾定、转子铁耗的优化变量所取水平值的 组合，三个组合各不相同，需要兼顾这三个组合来得到一个永磁体腔改进结构的最终优化 方案。在三种组合中，因素A及因素D所取水平值相同，均为A(IV)D(I);在最大转矩点及 弱磁点的组合中因素B所取水平值相同均为B(III)，而额定点的组合中与其不同为B(IV)， 取值虽有不同但相差不大，因此兼顾三者，因素B取值与最大转矩点及弱磁点相同，即为 B(III);在额定点及弱磁点的组合中因素C所取水平值相同均为C(III)，而最大转矩点的 组合中与其不同为C(IV)，同理因素C取值与额定点及弱磁点相同，即为C(IV);在额定点 及最大转矩点的组合中因素E所取水平值相同均为E(IV)，而弱磁点的组合中与其不同为 E(III)，同理因素E取值与额定点及最大转矩点相同，即为E(IV)，因此最终各优化变量所 取水平值的组合为 A(IV)B (III) C(III)D (I)E (IV)。
[0056] (10)根据步骤（9)得到的永磁体腔改进结构的最终优化方案对内置式永磁电机 的转子结构进行改进，并对改进后的内置式永磁电机进行有限元分析，得到定、转子铁耗的 值，如表13所示。由表中可以看出，优化后电机的定、转子铁耗大幅降低。且此时的额定电 磁转矩为913. 2Nm，与优化前相比仅下降4. 875%，符合约束条件的要求。因此此优化方案 即为永磁体腔改进结构的最终优化方案。
[0057] 表13转子结构优化前后定、转子铁耗及电磁转矩值对比
[0058]
【主权项】
1. 一种能够有效减小电机铁耗的内置式永磁电机，采用单层U型永磁体结构，即具有 单层U型的永磁体腔结构，其特征在于，在U型永磁体腔两侧接近转子铁心表面的位置增加 三角形的永磁体腔拓展结构，并将相邻极间的永磁体腔进行连接。2. 根据权利要求1所述的电机，其特征在于，以连接相邻极永磁体腔结构到U型永磁体 两侧永磁体上层边的距离、连接相邻极永磁体腔结构的厚度、三角形的永磁体腔拓展结构 位于转子铁心中的顶点到转子铁心圆心处的距离、永磁体腔拓展结构的顶点到圆心的线段 与d轴之间的夹角以及永磁体腔拓展结构的顶点所对边的距离作为优化变量；以电机的定 子铁耗、转子铁耗作为优化目标；以额定电磁转矩的减小量不超过优化前额定电磁转矩的 5%作为约束条件，利用Taguchi法对永磁体腔改进结构进行优化。
【专利摘要】本发明涉及一种能够有效减小电机铁耗的内置式永磁电机，采用单层U型永磁体结构，即具有单层U型的永磁体腔结构，其特征在于，在U型永磁体腔两侧接近转子铁心表面的位置增加三角形的永磁体腔拓展结构，并将相邻极间的永磁体腔进行连接。改进后的结构能够有效降低气隙磁场中的谐波分量，使得电机的定、转子铁耗明显减小，且优化后的永磁体腔结构使得电机的电磁转矩波动及齿槽转矩明显减小，提升了电机运行的平稳性。
【IPC分类】H02K15/03, H02K1/27
【公开号】CN104993626
【申请号】CN201510350797
【发明人】夏长亮, 郭丽艳, 张振, 史婷娜, 王慧敏
【申请人】天津大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月23日