[发明专利]永磁容错电机的谐波注削法

说明书

本发明公开了永磁容错电机的谐波注削法，具体包括：正弦谐波注削、正弦加三次谐波注削、反余弦谐波注削及反余弦加三次谐波的注削，单独施加于定子或转子，又或者通过方法间的组合同时施加于定子和转子进行谐波注削，提升电机的性能。这些方法既能用于转子或定子的铁芯部分，也可以应用在转子或定子的永磁体部分。永磁容错电机运用谐波注削的方法后，能够有效的提升气隙磁密和反电势波形的正弦度，减小各类次谐波的含量，达到减小整体转矩脉动的目的。同时，能够增加电机运行的稳定性，减小噪声及震动。

技术领域

本发明涉及到永磁容错电机，特别是永磁容错电机的谐波注削法，属于新型电机制造的技术领域。

背景技术

现如今永磁电机已经得到了广泛的应用，从汽车到航空航天的众多领域，永磁电机都扮演着十分重要的角色。这主要得益于永磁电机的几个显著特点，包括高转矩密度、高效率以及重量体积小等。永磁电机采用了高磁能积的磁性材料取代了传统的励磁绕组，不仅消除了励磁绕组带来的负面影响，而且简化了电机的机械结构，使电机运行可靠性提高，机械损耗也相应的减小。

虽然永磁电机拥有一系列的优点，但对于要求苛刻的高性能应用，如电动转向系统、伺服电机、风力发电机、电动汽车驱动系统等应用仍然面临许多困难。这些应用对电机的安全可靠性提出了很高的要求，即在电机发生某些故障后，仍然能够安全的运行，因此永磁容错电机成为国内外研究的热点。

永磁容错电机除了具备永磁电机的特点外(体积小、功率密度高、效率高等)，其特殊之处还在于：

(1)物理隔离：采用集中绕组，并且每个齿上只绕制一相绕组，这样就使得各相绕组之间不存在物理上的接触，避免了相间短路故障；

(2)磁隔离：定子齿采用极靴结构，每相绕组都是隔齿绕制，所以电机中的磁力线都是在一相之中单独形成回路，避免各相之间的磁场出现相互耦合的情况；得益于这种结构，在一相发生短路时，不会影响到其他相的正常工作；

(3)热隔离：每个槽都只有单独的一相绕组，各相绕组之间没有直接的接触；所以当一相绕组发生短路时产生的热量，很少或者不会传递到其他相，影响到其他相的绝缘性。

(4)电气隔离：每相绕组都采用独立的桥电路供电；当一相电路发生故障时，不会影响到其他相的电路供电，实现了电气上的隔离。

随着永磁材料性能的不断提高，永磁容错电机越来越广泛的应用于高性能的速度和位置控制系统。这些应用除了需要电机具备安全性和带故障运行能力外，在电机的工作稳定性、噪声和震动方面也提出了更高的要求。所以研究削减齿槽转矩和输出转矩脉动是非常具有价值的。对于减小转矩脉动，国内外都有比较深入的研究，如优化极弧系数、在转子或转子槽表面开孔、转子静态偏心等方法，都可以获得更加正弦的气隙磁密，来减小转矩脉动。然而，这些方法都有一个缺点，就是电机的平均转矩会随着转矩脉动的减小而下降，也就是说转矩脉动和平均转矩是两个相互掣肘的性能指标。所以，在减小转矩脉动的同时，如何保持转矩密度的性能不下降，也是需要重点研究的方向。

发明内容

本发明的目的是在永磁容错电机的基础上，运用谐波注削法来减小电机的齿槽转矩、优化反电势以及减小输出转矩脉动，提升电机在稳定性、噪声和震动方面的性能。其中，运用三次谐波注削的方法，能够在减小转矩脉动的情况下，保持平均转矩基本不变。

本发明是采取以下的技术方案实现的：永磁容错电机的谐波注削法，包括以下步骤：

步骤1，对目标电机的各项参数进行分析，参数包括目标电机单个极或齿的弧度、定子/转子的内外径和定子/转子之间的空气间隙长度；

步骤2，在分析总结电机特征的基础上，选择合适的谐波注削方法，确定谐波注削公式及公式中的各项参数；

步骤3，采用Excel软件进行散点数据的采集，根据步骤2中所确定的的谐波注削公式，计算得到一组数量合适的散点数据；