[发明专利]非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法

说明书

本发明提供了一种非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法，通过将呈环形并间隔排布于电机定子上的Z_s个定子齿划分为Z_f个齿单元组，在满足任意相邻两个齿单元组中心面之间的夹角相等并保证各齿单元组中心面位置不变的条件下，调整各齿单元组内n_g个定子齿的位置，使各齿单元组内相邻两个定子齿之间的间距与相邻两个齿单元组之间的间距不相等，通过非均匀分布齿结构与永磁体调制出与目标磁导谐波对应的空载气隙磁密谐波，充分利用电枢绕组产生的磁动势谐波，实现电机额外产生净输出转矩，从而使永磁游标电机增加输出转矩和转矩密度。并且，运用齿槽转矩相量对齿槽转矩谐波进行分析，解决非均匀分布齿结构引起齿槽转矩波动变大的问题。

技术领域

本发明属于永磁电机及永磁电机设计技术领域，更具体地说，是涉及一种非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法。

背景技术

游标电机(Vernier Machine)作为一种低速大转矩的直接驱动型电机，在电动汽车、风力发电、海浪发电等新能源领域有着广泛的应用前景。游标电机是一类定子、转子极数不相等的永磁电机，它主要包括电机定子、电机转子以及磁场调制部分。当前的开口槽式永磁游标电机，通常沿其电机定子的周向均匀开设有多个容纳电枢绕组的定子槽，各定子槽之间凸起的部分形成定子齿，通过均匀分布的定子齿结构进行调磁(磁场调制)，使电机转子的多数极对数磁场调制成与电机定子相匹配的少数极对数磁场，从而产生稳定的电磁转矩。然而，当前设计的非均匀分布齿结构的永磁游标电机，虽然使电枢绕组的大量绕组磁动势谐波得到更充分地利用，但非均匀分布齿结构必然会引起齿槽转矩波动变大，会使永磁游标电机产生振动和噪声，出现转速波动，使永磁游标电机不能平稳运行，产生振动和噪声，从而影响永磁游标电机的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法，以解决现有技术中存在的非均匀分布齿结构的永磁游标电机引起齿槽转矩波动变大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法，所述非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法应用于永磁游标电机，所述永磁游标电机包括设有Z_s个定子齿的电机定子和与所述电机定子配合的电机转子，所述电机转子中设有Z_r对永磁体，各所述定子齿上分别设有用于产生绕组磁动势谐波的电枢绕组；所述非均匀齿永磁游标电机设计的齿槽转矩优化方法包括如下步骤：

步骤S1：将Z_s个所述定子齿呈环形并间隔地排布于所述电机定子上；Z_s个所述定子齿划分为Z_f个齿单元组，各所述齿单元组包括沿顺时针或逆时针方向依次设置的n_g个所述定子齿；

步骤S2：在满足任意相邻两个所述齿单元组中心面之间的夹角相等并保证各所述齿单元组中心面位置不变的条件下，使各所述齿单元组内n_g个所述定子齿关于该齿单元组的中心面对称；

步骤S3：根据未被空载气隙磁密谐波利用的绕组磁动势谐波，调整各所述齿单元组内n_g个所述定子齿的位置，使各所述齿单元组内相邻两个所述定子齿之间的间距与相邻两个所述齿单元组之间的间距不相等，以使Z_s个所述定子齿在所述电机定子上构成非均匀分布齿结构；

步骤S4：分别将Z_f个所述齿单元组内部相同次序位置的Z_f个所述定子齿划分为一组齿槽转矩组，以将Z_s个定子齿分为n_g组齿槽转矩组，并运用齿槽转矩相量对n_g组所述齿槽转矩组的齿槽转矩谐波进行分析，调整各所述齿单元组内部相同次序位置的所述定子齿的齿宽与位置，以改变各组齿槽转矩组的齿槽转矩谐波的相位与幅度，消除特定次齿槽转矩谐波。