[发明专利]一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法

说明书

本发明公开了永磁同步电机齿槽转矩优化方法，涉及电机技术领域，通过确定齿槽转矩产生的关联参数；利用有限元方法分析关联参数对齿槽转矩的影响；基于仿真分析结果对关联参数进行合理设计以优化永磁同步电机的齿槽转矩。从电机整体的效率、功率密度、电机成本三个方面确定齿槽转矩的优化目标，优化齿槽转矩方法清晰、迅速、科学和有效。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法。

背景技术

随着现代控制技术的不断发展和高性能永磁材料的问世，永磁同步电机以其高效率、高功率密度等特点在各领域受到广泛的运用。然而，由于永磁体的存在，它与有槽定子铁芯的相互作用，不可避免的产生齿槽转矩，进而产生振动、噪音及转速、转矩的波动。严重影响电机的控制精度和伺服响应性能。近年来，国内外学者在削弱齿槽转矩方面进行了大量的研究。文献1/2(郁亚南、Kawashima K)基于齿槽转矩基波频率与电机的槽极数有关，研究了不同槽极配合下齿槽转矩的表现。但是由于改变槽极数，会受到工艺、绕组系数等等限制，会大大影响电机性能，所以要综合考虑。文献3(宋伟、王秀和)研究不等厚永磁体对齿槽转矩的影响。作者在不同偏心距下，通过有限元对齿槽转矩进行仿真，验证该方法的效果，能削弱40％左右。但是，该方案增加了磁钢的加工工艺难度，降低了磁钢的利用率，使得电机成本有明显上升。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法，实现达到永磁同步电机齿槽转矩优化的最优效果。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，包括：

步骤1、确定齿槽转矩产生的关联参数；

步骤2、利用有限元方法分析关联参数对齿槽转矩的影响；

步骤3、基于仿真分析结果对关联参数进行合理设计以优化永磁同步电机的齿槽转矩。

进一步地，所述步骤1中齿槽转矩产生的关联参数为极弧系数和槽口宽度。

进一步地，所述步骤1中齿槽转矩产生的关联参数的确定方法包括：

建立齿槽转矩的表达式：

上式中，α为齿中心线与对应永磁体中心线夹角，z为槽数，2P为极数，L_a为铁芯叠压厚度，μ为相对磁导率，R₂、R₁分别为定子内径和转子外径，G为气隙沿圆周方向的分布，n为使nz/2p为整数的整数；

结合电机整体的效率、功率密度、电机成本三个方面，从表达式的建立过程分析确定出极弧系数和槽口宽度为齿槽转矩最关键的关联参数。

进一步地，所述齿槽转矩的表达式的建立过程包括：

基于能量法对永磁同步电机的齿槽转矩进行解析；

当电流i＝0时，齿槽转矩为磁场能量对定子相对位置的负导数，即：

对于永磁同步电机来说，当i＝0时，储存在磁场中的磁共能为：

齿槽转矩是气隙磁阻变化引起的磁阻转矩，将公式(2)带入公式(1)，得：

上式表明，齿槽转矩与磁通的平方成正比，降低磁通能降低齿槽转矩，但是磁通降低，也降低了电机的性能，故减小是削弱齿槽转矩的可行办法；

在永磁同步电机中，假设铁芯磁导率无穷大，i＝0时，电机内储存的磁能近似表示为：