[发明专利]外转子永磁同步电机的斜极结构与转矩脉动优化方法

说明书

本发明提供一种外转子永磁同步电机的斜极结构与转矩脉动优化方法，在考虑转矩因素下，选择合适的斜极角度以降低转矩脉动，选择合适的优化方案以降低转矩脉动，采用精英反向黄金正弦鲸鱼算法，对电机进行参数寻优，提高搜索精度。本发明所采用的的斜极角度具有更高的输出转矩，在降低转矩脉动的同时，考虑输出转矩，使电机更加实用，且具有更高的模型精度。

技术领域

本发明属于永磁同步电机的技术领域，具体涉及一种外转子永磁同步电机的斜极结构与转矩脉动优化方法。

背景技术

随着生产技术的不断革新，机电自动化逐渐取代传统人力劳动，极大地解放生产力，促进社会进步。机器人作为机电自动化领域的突出成果和典型应用，是可以通过自身驱动系统和控制系统自动执行工作任务的机器设备。外转子永磁同步电机由于其转子在外侧，定子在内侧的特殊结构，具有低速大转矩的优点，广泛用于机器臂领域。

与一般的内转子电机结构不同，外转子永磁同步电机的转子在外部、定子在内部，工作时机轴保持固定不动，外部转子旋转。此结构具有低转速高转矩的特点，但在运行过程中，外转子永磁同步电机仍然会受到材料属性和加工工艺等因素的制约，产生转矩脉动。因此，如何降低电机转矩脉动，提高输出转矩仍是个亟需解决的问题。

同时，现有技术中采用电机斜极结构、外转子铁心偏心结构设计的正弦波转子、粒子群算法对电机的转矩脉动进行参数寻优来解决上述问题，但存在以下缺点：1.采用斜极结构，在降低转矩脉动的同时，也会降低转矩，且并没有参考输出转矩而选择合适的斜极角度以降低转矩脉动；2.采用外转子铁心偏心结构设计的正弦波转子同样具有未考虑输出转矩的缺点，而且制造工艺较为复杂；3.采用粒子群算法对电机的转矩脉动进行参数寻优，依然于惯性权重的选择，导致其全局搜索能力不稳定。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种外转子永磁同步电机的斜极结构与转矩脉动优化方法，在考虑转矩因素下，选择合适的斜极角度以降低转矩脉动，选择合适的优化方案以降低转矩脉动，采用精英反向黄金正弦鲸鱼算法，对电机进行参数寻优，提高搜索精度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种外转子永磁同步电机的斜极结构，包括定子、定子绕组、转子、永磁体，初始的永磁体倾斜15度，具有24槽28极结构。

本发明还提供一种根据上述外转子永磁同步电机的斜极结构的转矩脉动优化方法，包括以下步骤：

步骤一：对电机进行斜极角度仿真，确定合适的斜极角度，建立电机模型；

步骤二：基于具有斜极结构的电机模型，选用4个关键参数，给出四因素五水平表，建立样本库；所述关键参数为定子槽高、极弧系数、永磁体厚度、定子外径；所述四因素五水平表包括：定子槽高在8.1mm-8.5mm，每隔0.1mm取一值，取值为：8.1mm、8.2mm、8.3mm、8.4mm、8.5mm，即五水平；极弧系数在0.8-0.84中，每0.1mm取一值，取值为：0.8、0.81、0.82、0.83、0.84；永磁体厚度在1.83mm-1.87mm中，每隔0.01mm取一值，取值为：1.83mm、1.84mm、1.85mm、1.86mm、1.87mm；定子外径在61.3mm-61.7mm中，每隔0.01mm取一值，取值为：61.3mm、61.4mm、61.5mm、61.6mm、61.7mm。所述四因素五水平一共有5⁴＝625种组合；

步骤三：基于关键参数建立的样本库，采用K-最近邻算法建立拟合模型，以决定系数R²为标准对回归模型的精度进行校验；

步骤四：基于拟合模型，采用精英反向黄金正弦鲸鱼算法寻找最优结构参数。

进一步地，所述步骤一中，斜极角度θ_w的计算公式为：