[发明专利]一种降低五相内嵌式永磁电机转矩脉动的方法

说明书

本发明公开了一种降低五相内嵌式永磁电机转矩脉动的方法，建立定子磁动势模型；提取电机的等效磁路图，根据电机定、转子磁动势相互作用原理，将转子磁动势中的奇次谐波部分转化为偶次谐波，以降低永磁转矩脉动，并求解出非对称磁极结构下最优的极弧系数配比，获得最优的永磁转矩性能；在非对称磁极结构的基础上确定永磁磁极的重复单元，计算出一次偏移的角度，选择合适的偏移方法，进行磁极偏移，降低磁阻转矩和齿槽转矩的性能。本发明利用等效磁路法，解析计算出最优的极弧系数，不仅获得了最优的永磁转矩性能，而且减少了设计周期；磁极偏移法的采用，进一步减少了内嵌式电机输出转矩的脉动。

技术领域

本发明涉及到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

内嵌式永磁电机因为高转矩密度、高效率以及宽调速范围等优点，已经在电动汽车、航空航天和舰船驱动等领域得到了广泛的应用。随着内嵌式永磁电机在许多高性能工业领域中的广泛应用，对于电机的工作稳定性方面提出了很高的要求，即电机的输出转矩脉动要尽可能小，从而实现平稳精确的推力传动，因此研究降低出转矩脉动是非常具有价值的。

目前，对于转矩脉动的抑制，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。这些方法普遍的一个缺点，将永磁转矩脉动、齿槽转矩脉动以及磁阻转矩脉动视为一个整体来进行削弱，并未细节分析不同脉动成分的关系。其次，对于磁极偏移法，现有技术只针对于齿槽转矩的降低。而在内嵌式电机中，转矩脉动的来源不仅仅局限于齿槽转矩，它还可能来源于永磁转矩和磁阻转矩，而齿槽转矩只占据总转矩脉动的极小部分。在此基础上，只局限于齿槽转矩的分析是远远不够的。所以，如何快速准确有效地降低转矩脉动中的主要来源成分，是需要重点研究的方向。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有方法的缺陷，提出一种基于电机等效磁路分析，采用非对称磁极结构和磁极偏移分别来降低永磁转矩脉动和磁阻转矩脉动。

本发明采用的技术方案是：一种降低五相内嵌式永磁电机转矩脉动的方法，包括以下步骤：

步骤1，利用解析法对目标电机的定子磁动势进行分析，根据目标电机的绕组函数和施加激励电流的函数，得到目标电机的定子磁动势表达式；

步骤2，对目标电机的转子结构进行分析，提取出目标电机转子部分的等效磁路图，并对所得到的等效磁路进行分析简化，得到目标电机转子部分的简化等效磁路图，根据所述简化等效磁路图，推导出目标电机对称磁极下的转子磁动势表达式；

步骤3，保持目标电机转子中N极或S极的极弧系数不变，改变另一类磁极的极弧系数，使电机形成非对称的磁极结构，利用步骤2中所述的等效磁路计算法，推导出非对称磁极结构下的转子磁动势表达式；

步骤4，由定、转子磁动势相互作用原理可知：减少转子磁动势中的奇次谐波含量能有效抑制永磁转矩的脉动，根据上述原理和步骤3中推导出的非对称磁极结构下的转子磁动势表达式，计算出所改变磁极的最优极弧系数，使得转子磁动势中的奇次谐波转化为偶次谐波，以减小永磁转矩脉动；

步骤5，将相邻的一对非对称磁极视作一个重复单元；

步骤6，为削弱转矩脉动中的1次主要谐波，根据步骤5中选定的重复单元，计算出一次偏移的偏移角度；

步骤7，根据计算出的偏移角度和分配好的重复单元，将所选的重复单元进行偏移。

进一步，步骤1的具体计算方法如下：

A相绕组函数的傅里叶级数表达式为：

其中，h是谐波次数，n_h是h次的定子绕组谐波，θ是以A相为初始位置的位置角；