轴向磁通永磁电机转子设计方法及电机

本申请涉及电机，具体涉及轴向磁通永磁电机转子设计方法及电机。

背景技术：

1、轴向磁通永磁电机因其结构扁平，转子铁芯在轴向方向的尺寸受到压缩，转子永磁体通常以表贴方式固定于转子铁芯表面。在现有设计中，表贴式永磁体在每个磁极范围内的截面厚度沿圆周方向均匀一致，导致气隙磁密分布的正弦性较差、谐波含量偏高、基波分量不足，进而影响电机的整体电磁性能。在现有的轴向磁通永磁电机转子设计方法中，对永磁体结构参数的选取缺乏系统化的优化设计手段，尤其是在保持永磁体总体积不变的约束条件下以气隙磁密基波幅值最大化为目标的多参数协同优化设计方法尚不完善。

2、因此，现亟需一种轴向磁通永磁电机转子设计方法，以解决相关技术中表贴式永磁体气隙磁密波形质量差且缺乏系统化磁体参数优化设计手段的问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种轴向磁通永磁电机转子设计方法及电机，以解决相关技术中表贴式永磁体气隙磁密波形质量差且缺乏系统化磁体参数优化设计手段的问题。

2、第一方面，本申请提供了一种轴向磁通永磁电机转子设计方法，该方法包括：

3、建立表面嵌入式永磁转子的拓扑结构模型，拓扑结构模型中，转子铁芯沿圆周方向设置有永磁体，永磁体在每个磁极范围内沿圆周方向包括第一磁体段以及分别位于第一磁体段两侧的第二磁体段，第一磁体段的轴向厚度大于第二磁体段的轴向厚度；

4、在保持永磁体总体积不变的约束条件下，以气隙磁密基波幅值最大为目标，调整第一磁体段和第二磁体段的宽度参数及厚度参数，得到永磁体的目标尺寸参数。

5、在一种可选的实施方式中，调整第一磁体段和第二磁体段的宽度参数及厚度参数，包括：

6、根据第一磁体段和第二磁体段的轴向厚度沿圆周方向的分布，以及气隙长度沿圆周方向的分布，建立气隙磁密沿圆周方向的分布关系，并根据分布关系计算气隙磁密基波分量的幅值，以作为评价宽度参数及厚度参数的目标量。

7、在一种可选的实施方式中，调整第一磁体段和第二磁体段的宽度参数及厚度参数，还包括：

8、在宽度参数及厚度参数的取值范围内选取多组样本参数组合，通过分布关系计算各样本参数组合对应的气隙磁密基波幅值；

9、根据各样本参数组合及各样本参数组合对应的气隙磁密基波幅值，拟合宽度参数及厚度参数与气隙磁密基波幅值之间的近似函数关系；

10、根据近似函数关系确定使气隙磁密基波幅值最大的参数组合，作为目标尺寸参数。

11、在一种可选的实施方式中，拓扑结构模型中，第一磁体段与第二磁体段采用相同的永磁材料制成。

12、在一种可选的实施方式中，该方法还包括：

13、在建立拓扑结构模型时，使第一磁体段的圆周方向宽度随径向位置的增大而等比例增大，第一磁体段在各径向位置处的圆周方向宽度与所在径向位置处的径向距离之比保持恒定，以使第一磁体段在各径向位置处的极弧系数相同。

14、在一种可选的实施方式中，厚度参数满足以下条件：

15、第二磁体段的轴向厚度不小于第一磁体段轴向厚度的三分之一，且不大于第一磁体段轴向厚度的三分之二。

16、在一种可选的实施方式中，拓扑结构模型中，转子铁芯表面对应第一磁体段的位置设有凹槽，第一磁体段中超出第二磁体段轴向厚度的部分嵌入凹槽内，第一磁体段与第二磁体段朝向气隙一侧的表面齐平。

17、在一种可选的实施方式中，拓扑结构模型中，位于第一磁体段两侧的两个第二磁体段的轴向厚度相等且圆周方向宽度相等，两个第二磁体段关于第一磁体段对称设置。

18、在一种可选的实施方式中，该方法还包括：

19、将第一磁体段和/或第二磁体段沿径向方向划分为多个子单元。

20、第二方面，本申请提供了一种轴向磁通永磁电机，包括定子和表面嵌入式永磁转子，定子与表面嵌入式永磁转子之间形成气隙；

21、表面嵌入式永磁转子包括转子铁芯，转子铁芯沿圆周方向设置有永磁体；

22、永磁体在每个磁极范围内沿圆周方向包括第一磁体段以及分别位于第一磁体段两侧的第二磁体段，第一磁体段的轴向厚度大于第二磁体段的轴向厚度。

23、本申请实施例的轴向磁通永磁电机转子设计方法，通过建立包含第一磁体段及分别位于其两侧的第二磁体段的表面嵌入式永磁转子拓扑结构模型，且第一磁体段的轴向厚度大于第二磁体段，使永磁体厚度在圆周方向上呈现空间变化，为气隙磁密分布的主动调制提供了结构基础；在此基础上，以永磁体总体积不变为约束、气隙磁密基波幅值最大为目标，对第一磁体段与第二磁体段的宽度参数和厚度参数进行系统化调整，能够在不增加永磁体用量的前提下，确定使气隙磁密基波分量最优的永磁体目标尺寸参数。

1.一种轴向磁通永磁电机转子设计方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述第一磁体段和所述第二磁体段的宽度参数及厚度参数，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调整所述第一磁体段和所述第二磁体段的宽度参数及厚度参数，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拓扑结构模型中，所述第一磁体段与所述第二磁体段采用相同的永磁材料制成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厚度参数满足以下条件：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拓扑结构模型中，所述转子铁芯表面对应所述第一磁体段的位置设有凹槽，所述第一磁体段中超出所述第二磁体段轴向厚度的部分嵌入所述凹槽内，所述第一磁体段与所述第二磁体段朝向气隙一侧的表面齐平。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拓扑结构模型中，位于所述第一磁体段两侧的两个所述第二磁体段的轴向厚度相等且圆周方向宽度相等，两个所述第二磁体段关于所述第一磁体段对称设置。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种轴向磁通永磁电机，其特征在于，包括定子和表面嵌入式永磁转子，所述定子与所述表面嵌入式永磁转子之间形成气隙；