[發明專利]抑制分數槽永磁同步電機固有軸電壓的極弧系數選擇方法

有效

• 申請號: 201810095875.2
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108599474B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 王秀和;彭博;趙文良
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02K15/00
• 分類號: H02K15/00;G06F17/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種抑制分數槽永磁同步電機固有軸電壓的極弧系數選擇方法，確定所設計的分數槽永磁同步電機是否存在固有軸電壓；對固有軸電壓進行解析，確定軸電壓的主要諧波成分，以及軸電壓基波與永磁體磁動勢諧波之間的關系，確定出影響軸電壓基波幅值的永磁體磁動勢諧波成分；對永磁體磁動勢進行傅里葉級數展開，計算出使所述永磁體磁動勢成分抑制為零的解析最優極弧系數；建立所述的分數槽永磁同步電機的二維電磁仿真模型，根據解析的最優極弧系數設置仿真模型的永磁體極弧系數的初始值，設置極弧系數尋優區域，對最優極弧系數進行優化，直到滿足優化條件。

技術領域

本發明涉及一種抑制分數槽永磁同步電機固有軸電壓的極弧系數選擇方法。

背景技術

隨著分數槽永磁同步電機在電動汽車、家用電器、風力發電機等領域的應用越來越廣泛，對于降低電機噪聲，提高電機運行的穩定性和保證電機部件可靠性等方面有了更高的要求。

某些極槽配合的分數槽永磁同步電機中，即使不存在轉子偏心、定子扇形疊片匹配不當，繞組匝間短路等故障，電機內部也會由于分數槽永磁同步電機的電磁結構形成不平衡磁場，進而感應出環繞轉軸的凈磁通，在電機旋轉時該磁通會在轉軸上感應出交變的固有軸電壓。一旦軸電壓超過某一閾值，會擊穿軸承的潤滑脂油膜，形成軸電流，腐蝕軸承部件并老化潤滑脂，縮減軸承的機械壽命，引起額外的機械噪聲，威脅電機安全穩定運行，增加故障率和維護成本。

目前對于軸電壓的抑制和削弱，通常采用電刷接地和絕緣陶瓷和混合絕緣軸承元件兩種方法，電刷接地法增加了電機的外部元件，而且電刷屬于易磨損期間，要經常更換，會增加停工時間，降低工作效率；利用絕緣陶瓷和混合絕緣軸承元件的方法，雖然可以抑制軸電流的形成，但是會降低電機的機械強度，適用范圍受到很大限制。

目前，針對軸電壓抑制方面，分數槽永磁同步電機極弧系數的選擇尚無方法可遵循。

發明內容

本發明為了避免上述現有技術存在的不足之處，提出了一種抑制分數槽永磁同步電機固有軸電壓的極弧系數選擇方法，通過改變極弧系數，調整永磁體磁動勢諧波成分，進而有效降低分數槽永磁同步電機固有軸電壓，避免軸承電腐蝕，有利于該類電機的穩定工作，并降低后期故障率與維修成本。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種抑制分數槽永磁同步電機固有軸電壓的極弧系數選擇方法，包括以下步驟：

確定所設計的分數槽永磁同步電機是否存在固有軸電壓；

對固有軸電壓進行解析，確定固有軸電壓的主要諧波成分，以及固有軸電壓基波與永磁體磁動勢諧波之間的關系，確定出影響固有軸電壓基波幅值的永磁體磁動勢諧波成分；

對永磁體磁動勢進行傅里葉級數展開，計算可將所述的影響固有軸電壓基波幅值的永磁體磁動勢諧波成分抑制為零的解析最優極弧系數；

建立所述的分數槽永磁同步電機的二維電磁仿真模型，根據解析的最優極弧系數設置仿真模型的永磁體極弧系數的初始值，設置極弧系數尋優區域，對極弧系數進行優化，直到滿足優化條件，確定最優極弧系數。

進一步的，確定分數槽永磁同步電機是否存在固有軸電壓的方法為：判斷定子槽數與永磁體極對數之間比值的最簡分式的分子是否為奇數，若為奇數，則所選擇的分數槽永磁同步電機存在固有軸電壓，且固有軸電壓的基波頻率為該最簡分式分子倍的同步頻率。

進一步的，如果極弧系數滿足永磁體磁動勢諧波各次分量，則第2n-1次永磁體磁動勢諧波幅值為零，同時固有軸電壓基波幅值達到最小值，此時的極弧系數為解析最優極弧系數。

進一步的，極弧系數的尋優區域設置為(0.6,1)。

進一步的，使用二分法對于最優極弧系數進行優化。

進一步的，優化條件的目標函數為固有軸電壓基波幅值小于設定值。