[發明專利]一種降低假分數槽繞組永磁同步電機轉矩脈動的優化方法

有效

• 申請號: 201710319362.0
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107017749B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 劉國海;翟芳芳;陳前;趙文祥;杜鑫鑫
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02K21/14
• 分類號: H02K21/14;H02K1/27;H02K1/16;H02K3/16
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本發明公開一種降低假分數槽繞組永磁同步電機轉矩脈動的優化方法，通過單槽齒槽轉矩相角的計算來合理地選擇定子和轉子的極數，也就是在單槽齒槽轉矩按同相位角分組時，每組的定子槽數最小，即使得定子的槽數與永磁體極數的最大公約數為1。本發明利用一種新思路來選擇電機的極槽配比，使得電機的齒槽轉矩和轉矩脈動較小。所述永磁同步電機,包括外定子、內轉子、電樞繞組、永磁體、氣隙；氣隙設置在所述定子和轉子之間；所述外定子包括45個定子槽和嵌在其中的雙層短距電樞繞組；所述內轉子包括轉子鐵芯和8個永磁磁極，定子的槽數與永磁體極數的最大公約數為1。本發明可以顯著地削弱電機的齒槽效應，減小電機的齒槽轉矩。

技術領域

本發明涉及一種采用假分數槽繞組永磁同步電機的設計，特別是永磁同步電機轉矩脈動的降低方法，屬于電機制造的技術領域。

背景技術

永磁電機的幾個突出特點，包括高轉矩密度、高效率、結構簡單以及重量體積小等。永磁電機取消了勵磁系統損耗，提高了效率；取消了勵磁繞組和勵磁電源，簡化了電機的機械結構，使電機運行可靠性提高。

作為高性能永磁同步電機中需要考慮的重要問題之一，齒槽轉矩是永磁同步電機研究的重要內容。在很多應用場合都需要永磁同步電機提供平穩的轉矩輸出，因此，對其轉矩脈動抑制方法的研究很有現實意義。

降低開口槽永磁同步電機齒槽轉矩的方法有：采用磁性槽楔、定子鐵心斜槽、轉子斜極、非均勻氣隙、分數槽繞組等。其中,磁性槽楔對降低齒槽轉矩的效果不夠明顯，而且磁性槽楔因其強度較差會影響電機的可靠性；定子鐵心斜槽對降低齒槽轉矩的效果很好，理論上可以將齒槽轉矩降低到零，但是對于開口槽成型繞組電機,由于線圈形狀復雜而造成嵌線困難、工藝實現較困難,尤其是在斜槽角度較大的情況下，并且由于斜槽系數的存在會降低電機的利用率；轉子斜極對降低齒槽轉矩的效果較好,當采用合適的斜極角度和分段數，可使齒槽轉矩降到滿意的程度，但轉子斜極在表面式磁路結構電機中較易實施，而對于內置式永磁同步電機，采用此結構會對永磁體的嵌裝、鐵心的疊壓等造成很大困難，因此較少使用。定子斜槽和轉子斜極的方法還會使電機漏磁增加，降低轉矩。

在實際設計中就存在某些電機的齒槽轉矩比較難優化，主要原因是極槽配比選擇不合理。分數槽繞組作為降低齒槽轉矩的另一種方法,由于其嵌線和連線比較復雜，在閉口槽散嵌電機中優勢不明顯，但在開口槽永磁同步電動機中，由于可降低定子斜槽和轉子斜極帶來的工藝難度，是一種降低齒槽轉矩的較好方法。采用分數槽繞組電機有利于降低齒槽轉矩的原理在于:基于按單槽齒槽轉矩相位角相同分組時，每組的槽數較小，其總齒槽轉矩也較小，所以可降低齒槽轉矩，從而減小轉矩脈動。同時利用分數槽繞組的等效分布作用和對齒諧波反電勢的削弱作用,以達到改善電勢波形和提高繞組利用率的效果。然而傳統永磁同步電機采用整數槽繞組，按單槽齒槽轉矩相位角相同分組時，每組的槽數為轉子極數，所以齒槽轉矩和轉矩脈動較高,限制了其在要求低轉矩脈動、高控制精度、高可靠性的場合的應用。

發明內容

本發明的目的是，針對現有永磁同步電機的不足，本文提出一種用于削弱齒槽轉矩的方法，即如何選擇一種采用假分數槽繞組的低轉矩脈動永磁同步電機，能夠避免定子斜槽和轉子斜極的同時，大大降低了電機的齒槽轉矩和轉矩脈動，同時利用分數槽繞組的等效分布作用和對齒諧波反電勢的削弱作用,以達到改善電勢波形和提高繞組利用率的效果，且具有良好的工藝性。

針對上述問題，一種降低假分數槽繞組永磁同步電機轉矩脈動的優化方法，其設計步驟包括：

步驟1、從電機的齒槽轉矩周期和單槽齒槽轉矩的相位，對電機的齒槽轉矩進行分析。

步驟2、分析電機極槽配比對齒槽轉矩的影響，基于按單槽齒槽轉矩相位角相同分組時，每組的槽數n較小時，其總齒槽轉矩也較小，來合理選擇電機定轉子的極數。

步驟3、確定電機的轉子極數2p和相數m,根據n＝1選擇定子槽數。