[发明专利]一种降低连续极永磁同步电机转矩纹波的方法

说明书

本发明公开了一种降低连续极永磁同步电机转矩纹波的方法，具体包括：首先从转矩纹波产生的原理出发，确定影响转矩纹波的转子磁动势谐波阶次；然后根据转子气隙磁密和转子磁动势成正比的关系，确定影响转矩纹波的转子气隙磁密的谐波阶次；然后，通过对转子气隙磁密在等连续极永磁体极弧系数和不等连续极永磁体极弧系数时的傅里叶表达式的推导，进而推导出不等连续极永磁体极弧系数角度差值对削弱特定转矩纹波主要谐波阶次的公式；进一步地，通过不等极弧系数所产生转矩纹波之间的峰谷相消以减小转矩纹波的1次主要谐波，达到减小整体转矩纹波的目的。因此，在保证电机输出转矩平均值几乎不变的情况下，兼具了高永磁体利用率和低转矩纹波。

技术领域

本发明涉及到连续极永磁同步电机的设计，特别是连续极永磁同步电机转矩纹波的降低方法，属于电机制造的技术领域。

背景技术

现如今永磁同步电机已经得到了广泛的应用，从汽车到航空航天的众多领域，永磁同步电机都扮演着十分重要的角色。这主要得益于永磁同步电机的几个显著特点，包括高转矩密度、高效率以及重量体积小等。永磁同步电机采用了高磁能积的磁性材料取代了传统的励磁绕组，不仅消除了励磁绕组带来的负面影响，而且简化了电机的机械结构，使电机运行可靠性提高，机械损耗也相应的减小。

许多永磁同步电机采用功率密度高的稀土永磁，而永磁体价格昂贵，是永磁同步电机的主要成本。而连续极永磁电机可以大幅提高永磁体利用率，因此，近年来研究连续极永磁同步电机成为热点。连续极在分数槽集中绕组电机中可以大幅提高永磁体利用率，因此它们可以降低电机的材料成本。但是现有连续极几乎没有应用于整数槽分布绕组永磁同步电机中。连续极一旦应用于整数槽分布绕组电机中，会带来高的转矩纹波。虽然连续极永磁同步电机拥有一系列的优点，但对于要求苛刻的高性能应用，如电动转向系统、伺服电机、风力发电机、电动汽车驱动系统等应用仍然面临许多困难。这些应用对电机的工作稳定性方面提出了很高的要求，即电机的输出转矩纹波要尽可能小，从而实现平稳精确的推力传动，因此研究削减输出转矩纹波是非常具有价值的。综上所述，研究削弱连续极整数槽永磁同步电机的输出转矩纹波是非常具有价值的。

目前，对于分数槽集中绕组连续极永磁同步电机转矩纹波的抑制，国内外都有比较深入的研究，如优化极弧系数、采用多层绕组、采用斜槽、优化转子结构等方法。但对于整数槽连续极永磁同步电机转矩纹波的抑制技术非常有限，并且研究较少。其次，对于不等极弧系数法，现有技术只针对于齿槽转矩的降低，且仅用于传统非连续极永磁同步电机中。而在目前应用广泛的内嵌式或表嵌式电机当中，转矩纹波的来源不仅仅局限于齿槽转矩，它还可能来源于永磁转矩和磁阻转矩，而齿槽转矩只占据转矩纹波的极小部分。在此基础上，只局限于非连续极永磁同步电机的齿槽转矩的分析是远远不够的。

发明内容

本发明的目的是，提出了一种高永磁体利用率连续极永磁同步电机的低转矩纹波设计方法。在准确分析转矩纹波来源成分的基础上，将永磁磁极间隔性极弧系数不等，可以有效地降低连续极永磁同步电机的转矩纹波。

本发明采用的技术方案是：一种降低连续极永磁同步电机转矩纹波的方法，包括以下步骤：

步骤1，对目标电机的极槽配比进行分析，根据转子极数和定子槽数的关系，计算一个电周期内转矩纹波的波动周期数，确定其总体波动趋势；

步骤2，根据转矩纹波产生的原理，确定影响五相永磁同步电机转矩纹波的转子磁动势谐波阶次，然后根据转子气隙磁密和转子磁动势成正比的关系，确定影响转矩纹波的转子气隙磁密的谐波阶次；

步骤3，对转子气隙磁密在等永磁体极弧系数时的傅里叶表达式进行推导；

步骤4，对转子气隙磁密在不等永磁体极弧系数时的傅里叶表达式进行推导，进而推导出不等永磁体极弧系数角度差值对削弱特定转矩纹波阶次的公式；

步骤5，为了削弱转矩纹波的1次主要谐波，计算不等极弧系数的差值。

进一步，所述步骤1中的转矩纹波的波动周期数计算公式为：