CN110851949A - 分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，包括：构建以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型；根据以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，分析定子裂比对电机电磁性能的影响规律，所述电机电磁性能包括电机输出转矩、定子损耗、电机效率、各层永磁体向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密的影响规律；根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。本发明实现了结构设计参数数量的减少以及可保证各结构设计参数间的独立性。能够快速确定满足性能设计要求的电机初始设计方案。

Description

分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法

技术领域

本发明涉及一种多层磁障永磁辅助同步磁阻电机。特别是涉及一种分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法。

背景技术

与传统同步磁阻电机和感应电机相比，多层磁障永磁辅助同步磁阻电机具有功率密度高、调速范围宽、效率高、体积小、功率因数高等显著优点，被广泛应用于机车、空压机等领域的动力电机。高效能高品质的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机的设计是以高效高精度的电机电磁性能分析方法为前提。而建立精简化的磁场解析模型是分析电机电磁性能的核心和关键。

在多层磁障永磁辅助同步磁阻电机的传统磁场解析模型中，存在诸多的结构设计参数，例如：气隙长度、定子外径、转子内径、定子裂比、铁心长度、各层转子导磁域尺寸、各层永磁体及两侧空气槽尺寸、各层磁障端部角度和定子冲片尺寸等。随着磁障层数的增加，所要确定的结构设计参数会随之增加，且参数间是存在相互耦合关系的。现有技术在分析多层磁障永磁辅助同步磁阻电机的电磁性能时，是通过将这些参数的全部组合按照某种顺序依次进行枚举计算。这样，不仅会增加利用磁场解析模型对电机电磁性能进行快速精确分析的难度，而且不利于实现电机多方面性能的并行分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够快速确定满足性能设计要求的电机初始设计方案的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，包括如下步骤：

1)构建以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，所述的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型包括转子铁心域各结构尺寸、永磁体几何尺寸、磁障端部角度、永磁体两侧空气槽几何尺寸和定子槽身的高度；

2)研究定子裂比对电机各电磁性能的影响，是根据以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，分析定子裂比对电机电磁性能的影响规律，所述电机电磁性能包括电机输出转矩、定子损耗、电机效率、各层永磁体向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密的影响规律；

3)根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。

本发明的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，仅需给定定子裂比，其余结构设计参数可通过本发明所建立的函数式计算得到，实现了结构设计参数数量的减少以及可保证各结构设计参数间的独立性。该方法可清晰直观地反映出定子裂比与电机各电磁性能指标间的映射关系，有利于快速确定满足性能设计要求的电机初始设计方案。采用本发明所提出的性能分析方法可确定出比原始样机具有更优输出性能的电磁设计方案。

附图说明

图1是以定子裂比为主设计变量的8极48槽的三层磁障永磁辅助同步磁阻电机八分之一的结构示意图；

图2是以定子裂比为主设计变量的8极48槽的三层磁障永磁辅助同步磁阻电机八分之一的转子结构示意图；

图3是各层永磁体向外提供有效磁通系数σ随定子裂比χ的变化曲线图；

图4a是各层永磁体空载磁密B_u与定子裂比χ的变化关系曲线图；

图4b是各层永磁体的退磁磁密B_f与定子裂比χ的变化关系曲线图；

图4c是各层磁体负载磁密B_LO与定子裂比χ的变化曲线图；

图5是平均转矩T_avg随定子裂比χ的变化曲线图；

图6是定子铜耗P_cu、定子铁耗P_Fe及两者总损耗P_loss定子裂比χ的变化关系曲线图；

图7是效率η与定子裂比χ的关系曲线图；

图8是基于定子裂比χ的电机电磁性能分析方法的流程图；

图9是电机的有限元模型、网格剖分、磁密云图及磁力线分布图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法做出详细说明。

本发明的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，是根据磁场特性及几何尺寸关系，构建出以定子裂比为主设计变量的几何结构，然后利用该几何结构模型，分析出定子裂比对各电磁性能的影响规律，以此为据，最终得到电机具有较优电磁性能时的初始设计方案。

本发明的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，包括如下步骤：

1)构建以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，所述的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型包括转子铁心域各结构尺寸、永磁体几何尺寸、磁障端部角度、永磁体两侧空气槽几何尺寸和定子槽身的高度；其中，

(1)所述的转子铁心域各结构尺寸，包括：

(1.1)转子导磁域宽度和长度

第k层转子导磁域宽度w_ironk是通过下式计算得到：

式中，χ为定子裂比；D₁为定子外径；g为气隙长度；D_sh为转轴直径；w_ins1为第1层磁障长度；α_b为第u层磁障长度与第u+1层磁障长度之比，取值范围为[0,1]；θ_f(k-1)、θ_fk分别为第k-1层和第k层的磁障端部角度；p为极对数；n_w为磁障总层数；

第k层转子导磁域长度L_sk是通过下式计算得到：

式中，λ_k计算式为

式中，L_airz为第z层磁障所对应空气槽的单侧长度；w_pmi为第i层永磁体宽度；n_w为磁障总层数；

(1.2)隔磁桥长度

第l层隔磁桥长度L_ribl是通过下式计算得到：

式中，θ′_fz、θ″_fz分别为第z层磁障所对应空气槽的垂直于q轴方向的上、下两边界线与q 轴间的夹角；D₁为定子外径；g为气隙长度；n_w为磁障总层数；χ为定子裂比；

(1.3)相邻两组磁障间宽度

相邻两组磁障间宽度w_b是通过下式计算得到：

式中，θ′_fz为第z层空气槽轮廓线的垂直于q轴方向的上边界所对应的磁障端部与q轴间的夹角；D₁为定子外径；g为气隙长度；p为极对数；n_w为磁障总层数；χ为定子裂比；w_b1可通过下式计算得到：

式中，D_sh为转轴直径；w_iron(k+1)为第k+1层转子导磁域宽度；w_pmi为第i层永磁体宽度； n_w为磁障总层数；

(2)所述的永磁体几何尺寸，通过下式计算得到：

第i层永磁体宽度w_pmi通过下式计算得到：

式中，Φ_gu为流通于第u层磁障所对应的气隙域的磁通；R_gu为第u层磁障所对应的气隙域的磁阻；w_ribl为第l层隔磁桥的宽度；R_ribl为第l层隔磁桥处的磁阻；B_r为永磁体剩磁密度； w'_pmi为第i层永磁体的有效宽度；w'_pmi、Φ_gu和R_ribl通过下式计算得到：

式中，χ为定子裂比；w'_pm(i-1)为第i-1层永磁体的有效宽度；D₁为定子外径；L为铁心长度；w_insu为第u层磁障的宽度；R_ribl为第l层隔磁桥处的磁阻；L_ribl为第l层隔磁桥的长度；w_ribl为第l层隔磁桥的宽度；μ_ribl为第l层隔磁桥的相对磁导率；B_r为永磁体剩磁密度；μ₀为真空磁导率；Φ_gu为流通于第u层磁障所对应的气隙域的磁通；θ_f(z-1)、θ_fz分别为第z-1层和第 z层的磁障端部角度；R_ui为第u层磁障所对应的气隙域的磁阻；B_g1为空载气隙磁密幅值。

(3)所述的磁障端部角度是过下式计算得到：

式中，χ为定子裂比；p为极对数；D₁为定子外径；g为气隙长度；D_sh为转轴直径；C′_fz、C″_fz和C_fz分别为第z层磁障轮廓线的上、下两边界线及中间线的磁势系数；C′_fz、C″_fz和C_fz通过下式计算得到：

式中，r′_fz、r″_fz和r_fz分别为转轴中心O与第z层空气槽上、下两边界线及介于两者间的中间线的最短距离；p为极对数；D_sh为转轴直径；r′_fz、r″_fz和r_fz通过下式计算得到：

式中，D_sh为转轴直径；w_ironk为第k层转子导磁域宽度；w_ins1为第1层磁障长度；α_b为第 u层磁障长度与第u+1层磁障长度之比，取值范围为[0,1]；n_w为磁障总层数。

(4)所述的永磁体两侧空气槽几何尺寸是下式计算得到：

第z层磁障所对应空气槽的宽度w_airz是通过下式计算得到：

式中，θ′_fz、θ″_fz分别为第z层磁障所对应空气槽的垂直于q轴方向的上、下两边界线与q 轴间的夹角；g为气隙长度；D₁为定子外径；w_insu为第u层磁障宽度；

第z层磁障所对应空气槽的单侧长度L_airz是通过下式计算得到：

其中，

式中，χ为定子裂比；g为气隙长度；D₁为定子外径；p为极对数；w_pmi为第i层永磁体宽度；θ_fz为第z层的磁障端部角度；r_fz为转轴中心O与第z层空气槽上、下两边界线的中间线间的最短距离。

(5)所述的定子槽身的高度h_s是下式计算得到：

式中，h_t为定子齿顶高；h_y为定子轭高；r为定子底部圆半径；D₁为定子外径；χ为定子裂比。

2)研究定子裂比对电机各电磁性能的影响，是根据以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，分析定子裂比对电机电磁性能的影响规律，所述电机电磁性能包括电机输出转矩、定子损耗、电机效率、各层永磁体向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密的影响规律；其中：

(1)定子裂比对电机输出转矩的影响

多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机输出转矩的计算式：

式中，χ为定子裂比；D₁为定子外径；L为铁心长度；B_g(χ,θ_r,t)为电机的气隙磁密，可通过目前已公知的等效磁网络法进行求解；K_s(χ,θ_r,t)为在转子坐标系下，沿定子内圆周表面分布的定子基波电负荷，计算式为：

式中，χ为定子裂比；D₁为定子外径；N为每相绕组串联匝数；I为定子相电流有效值；α为定子电流向量超前d轴的电角度；k₁为基波绕组系数；p为极对数；θ_r为转子位置角。

由此，根据多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机输出转矩的计算结果，判定出定子裂比χ对电机输出转矩的影响；

(2)定子裂比对定子损耗的影响

当考虑电机端部绕组的影响及忽略定子异常损耗时，电机的总损耗P_loss(χ)与定子裂比χ的关系式，表示为：

式中，l_e(χ)为定子绕组端部长度；ρ为铜线电阻率，J为电流密度；S_f(χ)为槽满率；A_f(χ) 为定子槽面积；k_h为磁滞损耗系数；k_c为涡流损耗系数；B_m为定子铁心磁通密度最大值；V_y(χ) 为定子轭部体积；V_t(χ)为定子齿部体积；f为磁场交变频率；

由此，根据电机的总损耗P_loss(χ)的计算结果，判定出定子裂比χ对定子损耗的影响；

(3)定子裂比对电机效率的影响

电机效率η(χ)与定子裂比χ的关系式，表示为：

式中，Ω为电机机械角速度；P_loss(χ)为电机的总损耗；T_avg(χ)为电机的平均转矩；

由此，根据电机效率η(χ)的计算结果，判定出定子裂比χ对电机效率的影响；

(4)定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响

将第i层永磁体向外磁路提供的每极总磁通Φ_mi和漏磁通Φ_σi之差与Φ_mi的比值定义为第i 层永磁体向外提供的有效磁通系数σ_i，第i层永磁体向外提供的有效磁通系数σ_i的计算式为：

式中，Φ_mi为每极总磁通和Φ_σi为漏磁通，每极总磁通Φ_mi和漏磁通Φ_σi可根据目前已公知的等效磁网络法进行求解。

由此，根据永磁体向外提供的有效磁通系数σ_i的计算结果，判定出定子裂比χ对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响；

(5)定子裂比对永磁体退磁磁密的影响

首先，利用等效磁网络法，建立多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的空载磁路模型，由该空载磁路模型计算出第i层永磁体空载磁密B_ui,表示为：

(21)式中，Φ_ui为电机空载时，流通于第i层永磁体的空载磁通；U_r0i(χ)、U_r0(i+1)(χ)分别为电机空载时，对应的第k层和第k+1层转子铁心导磁域的磁势；w_pmi为第i层永磁体宽度；R_mi为第i层永磁体宽度；R_mi为第i层永磁体内磁阻；Φ_pmi为第i层永磁体虚拟内禀磁通；

再利用等效磁网络法，建立多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的负载磁路模型，并将永磁体移除且仅施加q轴方向电枢电流，即，定子电流产生一个与永磁体磁势方向相反的q轴磁势，由负载磁路模型计算出第i层磁障中的退磁磁密B_fi；由此，得到第i层永磁体负载磁密计算式为

B_LOi(χ)＝B_ui(χ)-B_fi(χ) (22)

式中，B_LOi为第i层永磁体负载磁密；B_ui为第i层永磁体空载磁密；

由此，判定第i层永磁体负载磁密B_LOi是否大于工作温度下的永磁体退磁材料的拐点处的磁密值，若大于，说明永磁体不会发生不可逆退磁，反之，永磁体会发生不可逆退磁。

3)根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。包括：

首先，根据定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响和定子裂比对永磁体退磁磁密的影响的结果，判定出各层永磁体利用程度高，且永磁体不会发生不可逆退磁的定子裂比选取的范围；

然后，将所述定子裂比选取范围内各个定子裂值比代入至式(16)～式(19)中，计算出不同定子裂比下的电机效率；

最后，根据不同定子裂比下的电机效率的性能曲线，确定出在保证永磁体不退磁的情况下，电机效率最大时的定子裂比取值，再将所述的电机效率最大时的定子裂比取值代入公式 (1)～公式(15)中的多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机各结构参数与定子裂比的函数关系式，最终确定出的电机效率最大化的初始设计方案。

下面给出具体实例：

以下实施例中的研究对象为一台8极48槽的三层磁障永磁辅助同步磁阻电机。其基本参数如表1所示。

表1 8极48槽电机基本参数

第一步：构建以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机结构化模型。

在建立多层转子磁障永磁辅助同步磁阻电机磁场解析模型中，所包含的主要结构参数尺寸可分为转子铁心域各结构尺寸、永磁体几何尺寸、永磁体两侧空气槽几何尺寸、定子槽身的高度及磁障端部角度等五大类。而这些结构参数尺寸均可表示成以定子裂比χ为变量的函数关系式，从而可构建基于定子裂比χ的参数化几何结构模型。图1所示为根据式(1)～式(15) 所构建的以定子裂比为主设计变量的8极48槽的三层磁障永磁辅助同步磁阻电机八分之一结构示意图，在该模型中，各结构变量均是随定子裂比变化而变化的。1为定子铁心，2为定子铜绕组，3为转子铁心，4为永磁体。图2为所构建的以定子裂比为主设计变量的8极48槽的三层磁障永磁辅助同步磁阻电机八分之一转子结构示意图。

第二步：研究定子裂比对各电机电磁性能的影响

根据第一步中所构建的以定子裂比χ为主设计变量的多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的几何结构，将该几何结构用以并行分析定子裂比对电机输出转矩、定子损耗、效率、各层永磁体向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密等电磁性能的影响规律。

(1)定子裂比χ对各层永磁体向外提供的有效磁通系数的影响

图3为电机各层永磁体向外提供有效磁通系数σ与定子裂比χ的变化关系曲线图，其均随定子裂比χ的增加而减小，电机中的第一层有效磁通系数整体比第二层、第三层有效磁通系数大，说明电机中第一层永磁体材料的利用程度是最高的。

(2)定子裂比χ对永磁体退磁性能的影响

图4a是各层永磁体空载磁密B_u与定子裂比χ的变化关系曲线图；图4b是各层永磁体的退磁磁密B_f与定子裂比χ的变化关系曲线图；图4c是各层磁体负载磁密B_LO与定子裂比χ的变化曲线图；由图4c可分析出，电机中的各层永磁体负载磁密B_LO均随着定子裂比χ的增大而增大，说明适当增大电机定子裂比χ可提升电机的抗退磁能力。由定子裂比χ对永磁体空载磁密B_u与永磁体负载磁密B_LO差值的影响规律，可分析出电机的第一层的永磁体的负载磁密 B_LO1受退磁电流的影响最大。

(3)定子裂比χ对输出转矩的影响

在图5中，当电机的电流密度J等于额定电流密度J_N时，且运行转速为额定转速n_N时，电机平均转矩T_avg均随定子裂比χ的增大先增大后减小。原因在于当定子裂比χ增大到平均转矩T_avg最大后，在继续增大定子裂比χ时，定子轭部高度会变小，饱和程度会增加，使得电机平均转矩T_avg下降。当定子裂比χ∈(0.65,0.71)时，电机平均转矩T_avg在额定转矩的1.16倍以上，说明当固定定子电流及定子绕组参数、铁心长度不变的情况下，通过适当调整定子裂比χ，电机可获得更大的输出转矩。

(4)定子裂比χ对定子损耗的影响

由于在多层磁障永磁辅助同步磁阻电机的损耗中，定子铜耗P_cu(χ)与定子铁耗P_Fe(χ)所占比重最大。因此，将定子铁耗P_Fe(χ)和定子铜耗P_cu(χ)之和作为总损耗P_loss(χ)。图6为定子铜耗P_cu(χ)、定子铁耗P_Fe(χ)及两者总损耗P_loss(χ)与定子裂比χ的变化关系曲线。由图可分析出，当定子裂比χ∈[0.60,0.75]范围内变化时，P_Fe(χ)随定子裂比χ的增大而减小；P_cu(χ)随定子裂比χ的增大先减小后增大；总损耗P_loss(χ)随定子裂比χ的增大先减小后增大，且定子裂比χ＝0.70时，对应的总损耗P_loss(χ)是最小的。

(5)定子裂比χ对效率的影响

在图7中，电机效率η(χ)均随着定子裂比χ的增大先增大后减小。其中是当定子裂比χ大于 0.70时，电机效率η随定子裂比χ的增大而迅速降低。

第三步：根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。

图8为本发明所提出的基于定子裂比χ的电机电磁性能分析方法的流程图。在本实施例中，首先，根据定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响和定子裂比对永磁体退磁磁密的影响的结果，判定出各层永磁体利用程度高，且永磁体不会发生不可逆退磁的定子裂比选取的范围，由图3和图4可分析出，定子裂比选取范围在[0.60-0.75]时，可保证各层永磁体不会发生不可逆退磁；然后，将所述定子裂比选取范围内各个定子裂值比代入至式(16)～式(19)中，计算出不同定子裂比下的电机效率，由图7可分析出，定子裂比χ为0.70时，电机效率是最高的；最后，再将所述的电机效率最大时的定子裂比χ＝0.70代入公式(1)～公式(15)中的多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机各结构参数与定子裂比的函数关系式，最终确定出的电机效率最大化的初始设计方案。图9为上述所确定出的一种多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的初始设计方案，所对应的有限元模型、网格剖分、磁密云图及磁力线分布图。表2为当电流密度J等于额定电流密度J_N，且运行转速为额定转速n_N时，利用有限元法计算对比了定子裂比χ＝0.70与原始样机χ＝0.619的定子铜耗P_cu、定子铁耗P_Fe、总损耗P_loss、平均转矩T_avg及效率η。可分析出，定子裂比χ＝0.70对应的总损耗P_loss比原始样机的总损耗P_loss减少了36.11W，平均转矩T_avg比原始样机的平均转矩T_avg增加了3.2Nm，效率η比原始样机提高了1.97％。说明利用本发明所提出的性能分析方法可确定出比原始样机具有更优输出性能的电磁设计方案。

表2 8极48槽电机两不同定子裂比χ下的各性能对比

Claims (8)

1.一种分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)构建以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，所述的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型包括转子铁心域各结构尺寸、永磁体几何尺寸、磁障端部角度、永磁体两侧空气槽几何尺寸和定子槽身的高度；

2)研究定子裂比对电机各电磁性能的影响，是根据以定子裂比为主设计变量的多层磁障永磁辅助同步磁阻电机几何结构模型，分析定子裂比对电机电磁性能的影响规律，所述电机电磁性能包括电机输出转矩、定子损耗、电机效率、各层永磁体向外提供有效磁通系数及永磁体退磁磁密的影响规律；

3)根据定子裂比对电机电磁性能的影响规律，确定在保证永磁体不退磁的情况下，以增大电机效率为目标的电机的初始设计方案。

2.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的转子铁心域各结构尺寸，包括：

(1)转子导磁域宽度和长度

第k层转子导磁域宽度w_ironk是通过下式计算得到：

式中，χ为定子裂比；D₁为定子外径；g为气隙长度；D_sh为转轴直径；w_ins1为第1层磁障长度；α_b为第u层磁障长度与第u+1层磁障长度之比，取值范围为[0,1]；θ_f(k-1)、θ_fk分别为第k-1层和第k层的磁障端部角度；p为极对数；n_w为磁障总层数；

第k层转子导磁域长度L_sk是通过下式计算得到：

式中，λ_k计算式为

式中，L_airz为第z层磁障所对应空气槽的单侧长度；w_pmi为第i层永磁体宽度；n_w为磁障总层数；

(2)隔磁桥长度

第l层隔磁桥长度L_ribl是通过下式计算得到：

式中，θ′_fz、θ″_fz分别为第z层磁障所对应空气槽的垂直于q轴方向的上、下两边界线与q轴间的夹角；D₁为定子外径；g为气隙长度；n_w为磁障总层数；χ为定子裂比；

(3)相邻两组磁障间宽度

相邻两组磁障间宽度w_b是通过下式计算得到：

式中，θ′_fz为第z层空气槽轮廓线的垂直于q轴方向的上边界所对应的磁障端部与q轴间的夹角；D₁为定子外径；g为气隙长度；p为极对数；n_w为磁障总层数；χ为定子裂比；w_b1可通过下式计算得到：

式中，D_sh为转轴直径；w_iron(k+1)为第k+1层转子导磁域宽度；w_pmi为第i层永磁体宽度；n_w为磁障总层数。

3.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的永磁体几何尺寸，通过下式计算得到：

第i层永磁体宽度w_pmi通过下式计算得到：

式中，Φ_gu为流通于第u层磁障所对应的气隙域的磁通；R_gu为第u层磁障所对应的气隙域的磁阻；w_ribl为第l层隔磁桥的宽度；R_ribl为第l层隔磁桥处的磁阻；B_r为永磁体剩磁密度；w'_pmi为第i层永磁体的有效宽度；w'_pmi、Φ_gu和R_ribl通过下式计算得到：

式中，χ为定子裂比；w'_pm(i-1)为第i-1层永磁体的有效宽度；D₁为定子外径；L为铁心长度；w_insu为第u层磁障的宽度；R_ribl为第l层隔磁桥处的磁阻；L_ribl为第l层隔磁桥的长度；w_ribl为第l层隔磁桥的宽度；μ_ribl为第l层隔磁桥的相对磁导率；B_r为永磁体剩磁密度；μ₀为真空磁导率；Φ_gu为流通于第u层磁障所对应的气隙域的磁通；θ_f(z-1)、θ_fz分别为第z-1层和第z层的磁障端部角度；R_ui为第u层磁障所对应的气隙域的磁阻；B_g1为空载气隙磁密幅值。

4.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的磁障端部角度是过下式计算得到：

式中，χ为定子裂比；p为极对数；D₁为定子外径；g为气隙长度；D_sh为转轴直径；C′_fz、C″_fz和C_fz分别为第z层磁障轮廓线的上、下两边界线及中间线的磁势系数；C′_fz、C″_fz和C_fz通过下式计算得到：

式中，r′_fz、r″_fz和r_fz分别为转轴中心O与第z层空气槽上、下两边界线及介于两者间的中间线的最短距离；p为极对数；D_sh为转轴直径；r′_fz、r″_fz和r_fz通过下式计算得到：

式中，D_sh为转轴直径；w_ironk为第k层转子导磁域宽度；w_ins1为第1层磁障长度；α_b为第u层磁障长度与第u+1层磁障长度之比，取值范围为[0,1]；n_w为磁障总层数。

5.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的永磁体两侧空气槽几何尺寸是下式计算得到：

第z层磁障所对应空气槽的宽度w_airz是通过下式计算得到：

式中，θ′_fz、θ″_fz分别为第z层空气槽轮廓线的垂直于q轴方向的上、下边界所对应的磁障端部与q轴间的夹角；χ为定子裂比；g为气隙长度；D₁为定子外径；w_insu为第u层磁障宽度；

第z层磁障所对应空气槽的单侧长度L_airz是通过下式计算得到：

其中，

式中，χ为定子裂比；g为气隙长度；D₁为定子外径；p为极对数；w_pmi为第i层永磁体宽度；θ_fz为第z层的磁障端部角度；r_fz为转轴中心O与第z层空气槽上、下两边界线的中间线间的最短距离。

6.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤1)所述的定子槽身的高度h_s是下式计算得到：

式中，h_t为定子齿顶高；h_y为定子轭高；r为定子底部圆半径；D₁为定子外径；χ为定子裂比。

7.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤2)中：

(1)定子裂比对电机输出转矩的影响

多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机输出转矩的计算式：

式中，χ为定子裂比；D₁为定子外径；L为铁心长度；B_g(χ,θ_r,t)为电机的气隙磁密，可通过目前已公知的等效磁网络法进行求解；K_s(χ,θ_r,t)为在转子坐标系下，沿定子内圆周表面分布的定子基波电负荷，计算式为：

式中，χ为定子裂比；D₁为定子外径；N为每相绕组串联匝数；I为定子相电流有效值；α为定子电流向量超前d轴的电角度；k₁为基波绕组系数；p为极对数；θ_r为转子位置角。

由此，根据多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机输出转矩的计算结果，判定出定子裂比χ对电机输出转矩的影响；

(2)定子裂比对定子损耗的影响

当考虑电机端部绕组的影响及忽略定子异常损耗时，电机的总损耗P_loss(χ)与定子裂比χ的关系式，表示为：

P_loss(χ)＝ρ[L+l_e(χ)]QJ²S_f(χ)A_f(χ)+(k_hfB_m ²+k_cf²B_m ²)[V_y(χ)+V_t(χ)] (18)

式中，l_e(χ)为定子绕组端部长度；ρ为铜线电阻率，J为电流密度；S_f(χ)为槽满率；A_f(χ)为定子槽面积；k_h为磁滞损耗系数；k_c为涡流损耗系数；B_m为定子铁心磁通密度最大值；V_y(χ)为定子轭部体积；V_t(χ)为定子齿部体积；f为磁场交变频率；

由此，根据电机的总损耗P_loss(χ)的计算结果，判定出定子裂比χ对定子损耗的影响；

(3)定子裂比对电机效率的影响

电机效率η(χ)与定子裂比χ的关系式，表示为：

式中，Ω为电机机械角速度；P_loss(χ)为电机的总损耗；T_avg(χ)为电机的平均转矩；

由此，根据电机效率η(χ)的计算结果，判定出定子裂比χ对电机效率的影响；

(4)定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响

将第i层永磁体向外磁路提供的每极总磁通Φ_mi和漏磁通Φ_σi之差与Φ_mi的比值定义为第i层永磁体向外提供的有效磁通系数σ_i，第i层永磁体向外提供的有效磁通系数σ_i的计算式为：

式中，Φ_mi为每极总磁通和Φ_σi为漏磁通，每极总磁通Φ_mi和漏磁通Φ_σi可根据目前已公知的等效磁网络法进行求解。

由此，根据永磁体向外提供的有效磁通系数σ_i的计算结果，判定出定子裂比χ对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响；

(5)定子裂比对永磁体退磁磁密的影响

首先，利用等效磁网络法，建立多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的空载磁路模型，由该空载磁路模型计算出第i层永磁体空载磁密B_ui,表示为：

式中，Φ_ui为电机空载时，流通于第i层永磁体的空载磁通；U_r0i(χ)、U_r0(i+1)(χ)分别为电机空载时，对应的第k层和第k+1层转子铁心导磁域的磁势；w_pmi为第i层永磁体宽度；R_mi为第i层永磁体宽度；R_mi为第i层永磁体内磁阻；Φ_pmi为第i层永磁体虚拟内禀磁通；

再利用等效磁网络法，建立多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机的负载磁路模型，并将永磁体移除且仅施加q轴方向电枢电流，即，定子电流产生一个与永磁体磁势方向相反的q轴磁势，由负载磁路模型计算出第i层磁障中的退磁磁密B_fi；由此，得到第i层永磁体负载磁密计算式为

B_LOi(χ)＝B_ui(χ)-B_fi(χ) (22)

式中，B_LOi为第i层永磁体负载磁密；B_ui为第i层永磁体空载磁密；

由此，判定第i层永磁体负载磁密B_LOi是否大于工作温度下的永磁体退磁材料的拐点处的磁密值，若大于，说明永磁体不会发生不可逆退磁，反之，永磁体会发生不可逆退磁。

8.根据权利要求1所述的分析多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机电磁性能的方法，其特征在于，步骤3)包括：

首先，根据定子裂比对各层永磁体向外提供有效磁通系数的影响和定子裂比对永磁体退磁磁密的影响的结果，判定出各层永磁体利用程度高，且永磁体不会发生不可逆退磁的定子裂比选取的范围；

然后，将所述定子裂比选取范围内各个定子裂值比代入至式(16)～式(19)中，计算出不同定子裂比下的电机效率；

最后，根据不同定子裂比下的电机效率的性能曲线，确定出在保证永磁体不退磁的情况下，电机效率最大时的定子裂比取值，再将所述的电机效率最大时的定子裂比取值代入公式(1)～公式(15)中的多层磁障永磁辅助式同步磁阻电机各结构参数与定子裂比的函数关系式，最终确定出的电机效率最大化的初始设计方案。

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