[发明专利]一种降低假分数槽绕组永磁同步电机转矩脉动的优化方法

说明书

本发明公开一种降低假分数槽绕组永磁同步电机转矩脉动的优化方法，通过单槽齿槽转矩相角的计算来合理地选择定子和转子的极数，也就是在单槽齿槽转矩按同相位角分组时，每组的定子槽数最小，即使得定子的槽数与永磁体极数的最大公约数为1。本发明利用一种新思路来选择电机的极槽配比，使得电机的齿槽转矩和转矩脉动较小。所述永磁同步电机,包括外定子、内转子、电枢绕组、永磁体、气隙；气隙设置在所述定子和转子之间；所述外定子包括45个定子槽和嵌在其中的双层短距电枢绕组；所述内转子包括转子铁芯和8个永磁磁极，定子的槽数与永磁体极数的最大公约数为1。本发明可以显著地削弱电机的齿槽效应，减小电机的齿槽转矩。

技术领域

本发明涉及一种采用假分数槽绕组永磁同步电机的设计，特别是永磁同步电机转矩脉动的降低方法，属于电机制造的技术领域。

背景技术

永磁电机的几个突出特点，包括高转矩密度、高效率、结构简单以及重量体积小等。永磁电机取消了励磁系统损耗，提高了效率；取消了励磁绕组和励磁电源，简化了电机的机械结构，使电机运行可靠性提高。

作为高性能永磁同步电机中需要考虑的重要问题之一，齿槽转矩是永磁同步电机研究的重要内容。在很多应用场合都需要永磁同步电机提供平稳的转矩输出，因此，对其转矩脉动抑制方法的研究很有现实意义。

降低开口槽永磁同步电机齿槽转矩的方法有：采用磁性槽楔、定子铁心斜槽、转子斜极、非均匀气隙、分数槽绕组等。其中,磁性槽楔对降低齿槽转矩的效果不够明显，而且磁性槽楔因其强度较差会影响电机的可靠性；定子铁心斜槽对降低齿槽转矩的效果很好，理论上可以将齿槽转矩降低到零，但是对于开口槽成型绕组电机,由于线圈形状复杂而造成嵌线困难、工艺实现较困难,尤其是在斜槽角度较大的情况下，并且由于斜槽系数的存在会降低电机的利用率；转子斜极对降低齿槽转矩的效果较好,当采用合适的斜极角度和分段数，可使齿槽转矩降到满意的程度，但转子斜极在表面式磁路结构电机中较易实施，而对于内置式永磁同步电机，采用此结构会对永磁体的嵌装、铁心的叠压等造成很大困难，因此较少使用。定子斜槽和转子斜极的方法还会使电机漏磁增加，降低转矩。

在实际设计中就存在某些电机的齿槽转矩比较难优化，主要原因是极槽配比选择不合理。分数槽绕组作为降低齿槽转矩的另一种方法,由于其嵌线和连线比较复杂，在闭口槽散嵌电机中优势不明显，但在开口槽永磁同步电动机中，由于可降低定子斜槽和转子斜极带来的工艺难度，是一种降低齿槽转矩的较好方法。采用分数槽绕组电机有利于降低齿槽转矩的原理在于:基于按单槽齿槽转矩相位角相同分组时，每组的槽数较小，其总齿槽转矩也较小，所以可降低齿槽转矩，从而减小转矩脉动。同时利用分数槽绕组的等效分布作用和对齿谐波反电势的削弱作用,以达到改善电势波形和提高绕组利用率的效果。然而传统永磁同步电机采用整数槽绕组，按单槽齿槽转矩相位角相同分组时，每组的槽数为转子极数，所以齿槽转矩和转矩脉动较高,限制了其在要求低转矩脉动、高控制精度、高可靠性的场合的应用。

发明内容

本发明的目的是，针对现有永磁同步电机的不足，本文提出一种用于削弱齿槽转矩的方法，即如何选择一种采用假分数槽绕组的低转矩脉动永磁同步电机，能够避免定子斜槽和转子斜极的同时，大大降低了电机的齿槽转矩和转矩脉动，同时利用分数槽绕组的等效分布作用和对齿谐波反电势的削弱作用,以达到改善电势波形和提高绕组利用率的效果，且具有良好的工艺性。

针对上述问题，一种降低假分数槽绕组永磁同步电机转矩脉动的优化方法，其设计步骤包括：

步骤1、从电机的齿槽转矩周期和单槽齿槽转矩的相位，对电机的齿槽转矩进行分析。

步骤2、分析电机极槽配比对齿槽转矩的影响，基于按单槽齿槽转矩相位角相同分组时，每组的槽数n较小时，其总齿槽转矩也较小，来合理选择电机定转子的极数。

步骤3、确定电机的转子极数2p和相数m,根据n＝1选择定子槽数。