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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明涉及一种轴向磁通永磁同步电机长径比参数优化方法。本发明提供了一种考虑特定热约束下的优化方法，分别考虑铜损和铁损所带来的温升，并结合设计参数的变化对扭矩和长径比的关系对优化方法进行了相应的调整。具体来说，本发明着眼于提出一种在特定温升约束，即热约束下，对轴向电机长径比进行优化的方法。通过合理地选取定子散热面，本发明针对自然散热（无附加散热系统）的条件下，分别提出分别考虑电机铜损和铜损加铁损的温升限制下，电机长径比的优化方法。即，在相同的损耗值下，通过对电机长径比的优化，达到最大的输出转矩。其次，本发明通过对电机体积、运行速度等参数的分析，确定了特定设计参数下的长径比的最优取值。

主权项：1.一种轴向磁通永磁同步电机长径比参数优化方法，其特征在于，所述优化方法为恒定体积下的轴向电机长径比优化；所述优化方法应用于正弦波驱动、大功率、高转矩、低速轴向永磁同步电机AFPMSM的最佳长径比数值优化，所述优化方法在轴向永磁同步电机温升限制下进行其长径比优化，并分别针对不同的损耗类型的温度约束给出相应的优化方法；所述优化方法的损耗类型的温度约束取决于轴向永磁同步电机定子特定散热表面的散热功率，所述特定散热表面为定子铁心上下表面；具体步骤如下：1，选取轴向永磁同步电机特定的定子散热表面，测量其面积为Ahd，以计算许用损耗Plimit，所述特定的定子要求其表面未被绕组发热源覆盖且直接与空气接触；观察定子的实际结构及其部件间的连接关系，若通过金属导热材料与电机外壳连接，则需将电机外壳表面积纳入散热面积的考虑范围之内；若未通过金属导热材料与电机外壳连接，仅考虑定子铁心上下表面的表面积；许用损耗Plimit通过下式计算： 其中：h表示传热系数，vm表示定子铁心最高耐受温度，λ为电机裂比，即定子内径与外径之比；2，根据步骤1中计算的许用损耗Plimit，计算当前设计参数下电机的电磁转矩，其计算公式为： 其中：Kw为电机绕组因数，Bg为气隙磁密，PCu为电机铜耗，Acoil为绕组线圈横截面积，kcoil为定子槽满率，Nw为绕组单相匝数，ρCu为绕组导体电阻率，Ncoil为单个线圈匝数，Z为定子槽数，C1和C2均为系数，γ为电磁转矩公式对长径比；3，步骤2中的电机的电磁转矩公式对长径比γ求偏导，并令该偏导数等于0： 其中T为转矩；由此求得仅考虑铜损时、特定的设计参数下，电机的最佳长径比，即对应最大输出转矩的长径比值；4，将铁损纳入到总损耗计算中，电机的铁耗计算公式选取两项铁损表达式： 其中：WFe为定子铁心单位质量铁损，kh和ke分别为铁耗的磁滞系数和涡流系数，f为定子铁心中磁场交变频率，BFe为定子铁心的磁密幅值；当将铁损纳入到总损耗计算后，其铜损表达式相应地变为：PCu＝Plimit-PFe其中PCu为电机铜损，Plimit为电机的最大容许损耗，PFe为电机铁损；将铜耗值代入步骤2中所用转矩公式中，可得到新的转矩值，重复步骤3，可得考虑铁损的最优长径比。

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