[發明專利]一種永磁同步電機齒槽轉矩優化方法

在審

• 申請號: 202210460279.6
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114880900A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 劉敏;張安東;劉凱;邵瀟;汪旅航
• 申請（專利權）人: 貴州航天林泉電機有限公司蘇州分公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;H02K15/00;G06F119/14;G06F119/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王詠濤

本發明公開了永磁同步電機齒槽轉矩優化方法，涉及電機技術領域，通過確定齒槽轉矩產生的關聯參數；利用有限元方法分析關聯參數對齒槽轉矩的影響；基于仿真分析結果對關聯參數進行合理設計以優化永磁同步電機的齒槽轉矩。從電機整體的效率、功率密度、電機成本三個方面確定齒槽轉矩的優化目標，優化齒槽轉矩方法清晰、迅速、科學和有效。

技術領域

本發明涉及電機技術領域，特別涉及一種永磁同步電機齒槽轉矩優化方法。

背景技術

隨著現代控制技術的不斷發展和高性能永磁材料的問世，永磁同步電機以其高效率、高功率密度等特點在各領域受到廣泛的運用。然而，由于永磁體的存在，它與有槽定子鐵芯的相互作用，不可避免的產生齒槽轉矩，進而產生振動、噪音及轉速、轉矩的波動。嚴重影響電機的控制精度和伺服響應性能。近年來，國內外學者在削弱齒槽轉矩方面進行了大量的研究。文獻1/2(郁亞南、Kawashima K)基于齒槽轉矩基波頻率與電機的槽極數有關，研究了不同槽極配合下齒槽轉矩的表現。但是由于改變槽極數，會受到工藝、繞組系數等等限制，會大大影響電機性能，所以要綜合考慮。文獻3(宋偉、王秀和)研究不等厚永磁體對齒槽轉矩的影響。作者在不同偏心距下，通過有限元對齒槽轉矩進行仿真，驗證該方法的效果，能削弱40％左右。但是，該方案增加了磁鋼的加工工藝難度，降低了磁鋼的利用率，使得電機成本有明顯上升。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，提供一種永磁同步電機齒槽轉矩優化方法，實現達到永磁同步電機齒槽轉矩優化的最優效果。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種永磁同步電機齒槽轉矩優化方法，其特征在于，包括：

步驟1、確定齒槽轉矩產生的關聯參數；

步驟2、利用有限元方法分析關聯參數對齒槽轉矩的影響；

步驟3、基于仿真分析結果對關聯參數進行合理設計以優化永磁同步電機的齒槽轉矩。

進一步地，所述步驟1中齒槽轉矩產生的關聯參數為極弧系數和槽口寬度。

進一步地，所述步驟1中齒槽轉矩產生的關聯參數的確定方法包括：

建立齒槽轉矩的表達式：

上式中，α為齒中心線與對應永磁體中心線夾角，z為槽數，2P為極數，L_a為鐵芯疊壓厚度，μ為相對磁導率，R₂、R₁分別為定子內徑和轉子外徑，G為氣隙沿圓周方向的分布，n為使nz/2p為整數的整數；

結合電機整體的效率、功率密度、電機成本三個方面，從表達式的建立過程分析確定出極弧系數和槽口寬度為齒槽轉矩最關鍵的關聯參數。

進一步地，所述齒槽轉矩的表達式的建立過程包括：

基于能量法對永磁同步電機的齒槽轉矩進行解析；

當電流i＝0時，齒槽轉矩為磁場能量對定子相對位置的負導數，即：

對于永磁同步電機來說，當i＝0時，儲存在磁場中的磁共能為：

齒槽轉矩是氣隙磁阻變化引起的磁阻轉矩，將公式(2)帶入公式(1)，得：

上式表明，齒槽轉矩與磁通的平方成正比，降低磁通能降低齒槽轉矩，但是磁通降低，也降低了電機的性能，故減小是削弱齒槽轉矩的可行辦法；

在永磁同步電機中，假設鐵芯磁導率無窮大，i＝0時，電機內儲存的磁能近似表示為：