[發明專利]非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法

有效

• 申請號: 201910891344.9
• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN110601461B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 趙飛;陶恩成;李立毅;潘學偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: H02K15/00
• 分類號: H02K15/00;H02K21/24;H02K1/14
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 徐漢華

本發明提供了一種非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法，通過將呈環形并間隔排布于電機定子上的Z_s個定子齒劃分為Z_f個齒單元組，在滿足任意相鄰兩個齒單元組中心面之間的夾角相等并保證各齒單元組中心面位置不變的條件下，調整各齒單元組內n_g個定子齒的位置，使各齒單元組內相鄰兩個定子齒之間的間距與相鄰兩個齒單元組之間的間距不相等，通過非均勻分布齒結構與永磁體調制出與目標磁導諧波對應的空載氣隙磁密諧波，充分利用電樞繞組產生的磁動勢諧波，實現電機額外產生凈輸出轉矩，從而使永磁游標電機增加輸出轉矩和轉矩密度。并且，運用齒槽轉矩相量對齒槽轉矩諧波進行分析，解決非均勻分布齒結構引起齒槽轉矩波動變大的問題。

技術領域

本發明屬于永磁電機及永磁電機設計技術領域，更具體地說，是涉及一種非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法。

背景技術

游標電機(Vernier Machine)作為一種低速大轉矩的直接驅動型電機，在電動汽車、風力發電、海浪發電等新能源領域有著廣泛的應用前景。游標電機是一類定子、轉子極數不相等的永磁電機，它主要包括電機定子、電機轉子以及磁場調制部分。當前的開口槽式永磁游標電機，通常沿其電機定子的周向均勻開設有多個容納電樞繞組的定子槽，各定子槽之間凸起的部分形成定子齒，通過均勻分布的定子齒結構進行調磁(磁場調制)，使電機轉子的多數極對數磁場調制成與電機定子相匹配的少數極對數磁場，從而產生穩定的電磁轉矩。然而，當前設計的非均勻分布齒結構的永磁游標電機，雖然使電樞繞組的大量繞組磁動勢諧波得到更充分地利用，但非均勻分布齒結構必然會引起齒槽轉矩波動變大，會使永磁游標電機產生振動和噪聲，出現轉速波動，使永磁游標電機不能平穩運行，產生振動和噪聲，從而影響永磁游標電機的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法，以解決現有技術中存在的非均勻分布齒結構的永磁游標電機引起齒槽轉矩波動變大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法，所述非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法應用于永磁游標電機，所述永磁游標電機包括設有Z_s個定子齒的電機定子和與所述電機定子配合的電機轉子，所述電機轉子中設有Z_r對永磁體，各所述定子齒上分別設有用于產生繞組磁動勢諧波的電樞繞組；所述非均勻齒永磁游標電機設計的齒槽轉矩優化方法包括如下步驟：

步驟S1：將Z_s個所述定子齒呈環形并間隔地排布于所述電機定子上；Z_s個所述定子齒劃分為Z_f個齒單元組，各所述齒單元組包括沿順時針或逆時針方向依次設置的n_g個所述定子齒；

步驟S2：在滿足任意相鄰兩個所述齒單元組中心面之間的夾角相等并保證各所述齒單元組中心面位置不變的條件下，使各所述齒單元組內n_g個所述定子齒關于該齒單元組的中心面對稱；

步驟S3：根據未被空載氣隙磁密諧波利用的繞組磁動勢諧波，調整各所述齒單元組內n_g個所述定子齒的位置，使各所述齒單元組內相鄰兩個所述定子齒之間的間距與相鄰兩個所述齒單元組之間的間距不相等，以使Z_s個所述定子齒在所述電機定子上構成非均勻分布齒結構；

步驟S4：分別將Z_f個所述齒單元組內部相同次序位置的Z_f個所述定子齒劃分為一組齒槽轉矩組，以將Z_s個定子齒分為n_g組齒槽轉矩組，并運用齒槽轉矩相量對n_g組所述齒槽轉矩組的齒槽轉矩諧波進行分析，調整各所述齒單元組內部相同次序位置的所述定子齒的齒寬與位置，以改變各組齒槽轉矩組的齒槽轉矩諧波的相位與幅度，消除特定次齒槽轉矩諧波。