[發明專利]用于削弱永磁同步發電機齒槽轉矩的方法

有效

• 申請號: 201510041236.4
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104617720B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 王艾萌;王春梅;王慧;舒思婉
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H02K15/03
• 分類號: H02K15/03
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

本發明屬于永磁同步發電機技術領域，尤其涉及一種用于削弱永磁同步發電機齒槽轉矩的方法。首先對永磁電機齒的形狀進行優化減小齒槽轉矩，其次對極弧系數進行優化，然后再用磁極偏移的方法減小齒槽轉矩諧波分量達到減小齒槽轉矩的目的，最后將這3種方法結合使齒槽轉矩最小化，并建立了永磁電機的有限元模型，對提出的齒槽轉矩抑制方法進行分析與有限元驗證。有益效果在于：采用改變齒的形狀、最優極弧系數法和磁極偏移的方法相結合的方法后，在永磁同步發電機其他性能影響不大的情況下，減小了發電機的齒槽轉矩，進而減小了直驅永磁同步風力發電機的起動阻力矩，提高風能的利用率。

技術領域

本發明屬于永磁同步發電機技術領域，尤其涉及一種用于削弱永磁同步發電機齒槽轉矩的方法。

背景技術

隨著永磁電機的發展，在中小型風力發電機組中，永磁式風力發電機所占的比重越來越大。齒槽轉矩直接影響發電機的起動和低速運行性能。在永磁電機的運行中，齒槽轉矩會引起輸出轉矩的脈動和噪聲，特別對電機低速運行影響較大，同時也是影響系統控制精度的重要因素。齒槽轉矩是永磁電機的特有問題，也是永磁電機研究的熱點之一。

減小永磁風力發電機齒槽轉矩的方法有：槽極配合法、斜槽、斜極、輔助槽、極弧系數法、永磁體分體、優化永磁體形狀等。

盡管有各種不同的方法可以削弱齒槽轉矩，但是其中的一些方法有明顯的缺點，實際中很難廣泛應用，例如,定子斜槽或轉子斜極的方法，二者削弱齒槽轉矩的原理類似，很難做到大規模生產加工，且采用這兩種方法會使電機漏磁增加，降低轉矩。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種用于削弱永磁同步發電機齒槽轉矩的方法，包括：

步驟1、選用分數槽集中繞組的永磁電機，確定電機槽極數，并建立分數槽集中繞組電機齒槽轉矩模型；

步驟2、對永磁電機齒的形狀進行優化，改變定子齒頂高，使得定子齒頂的形狀由均勻分布變為呈左右對稱的正弦曲線形狀；

步驟3、對極弧系數進行分析并優化，削弱齒槽轉矩；

步驟4、采用磁極偏移方法，通過削弱特定的諧波次數來達到齒槽轉矩最小化的目的。

所述步驟1中，建立的電機齒槽轉矩表達式為：

式中，α是定子、轉子間的相對位置角，L_ef是電機的有效軸長，B_σ是永磁體產生的氣隙磁密幅值，μ₀為氣隙磁導率，N_s是電機槽數，N_p是電機極數，N_L是N_s和N_p的最小公倍數，R₁是氣隙內半徑，R₂是氣隙外半徑，b₀是定子槽口寬，α_p是極弧系數，α_s是斜槽角度，K_skn定義為斜槽系數，n是正整數。

所述步驟3包括：從式(1)得出，如果極弧系數滿足式(2)時，齒槽轉矩將達到最小值，

從上式(2)解出對應最小齒槽轉矩的α_p的最優解為：

在上式(3)中，k是非負整數，由于α_p≠0，且α_p≠1，則對應最小齒槽轉矩的最優極弧系數α_p為：