[发明专利]一种基于特定消谐法的表贴式调制磁极结构设计方法

权利要求书

1.一种基于特定消谐法的表贴式调制磁极结构设计方法，包括下列步骤：

(1)推导磁极特定谐波消除原理，得出调制磁极轮廓波形中各次谐波幅值表达式；

(2)根据各次谐波幅值表达式，设计求解电机等效正弦磁极结构；

(3)根据各次谐波幅值表达式，设计求解电机等效三次谐波注入式磁极结构；

(4)仿真验证：对于配备步骤(2)所设计求解的等效正弦磁极模型以及步骤(3)所设计求解的等效三次谐波注入磁极模型的双三相永磁同步电机进行仿真验证，绕组中除通入正弦电流外，还在绕组中注入三次谐波电流的情况，使其与气隙磁密中的三次谐波相互作用来提升电磁转矩；与传统表贴式磁极结构电机进行有限元仿真和验证。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤(1)的方法如下：

1)将特定谐波消除技术(SHET)应用于表贴式转子磁极设计过程，得到一对极下调制磁极轮廓波形h₀的傅里叶级数展开表达式；

2)由于一个周期2π内，一对磁极产生的磁场，两部分磁极关于π点奇对称，且在设计调制磁极时，将N极及S极的磁极分别分为若干块，使一个极下的磁块在[0,π]区间内又关于π/2对称，因此调制磁极轮廓波形中偶次谐波均可被消除，且余弦项谐波也均被消除，进一步得出调制磁极轮廓波形中各次谐波幅值表达式。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤(1)所得出调制磁极轮廓波形中各次谐波幅值表达式为：

式中，n(n＝1,3,5,7…)为各次谐波次数；ω为角速度；t为时间，h为磁极高度，α_i(i＝1,2,3…N)为四分之一周期内各块磁极的初始位置角，应满足0α₁α₂α₃…α_Nπ/2，求解出各块磁极的初始位置角，便可根据对称性求出一对极下每块调制磁极的宽度、相对位置，从而获得整个转子磁极结构；设四分之一周期内有N个α_i初始位置角，消除(N-1)个特定次谐波。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤(2)中的方法如下：

1)求解电机的等效正弦磁极结构：利用调制磁极轮廓波形中各次谐波幅值表达式，列写对气隙磁密正弦度影响较大的低次谐波，然后将除基波外的其他次谐波幅值设置为0，得到一组由各次谐波幅值表达式组成的第一非线性方程组；

2)对第一非线性方程组进行求解，得到每块磁极位置角：利用冲量相等原理求取磁极位置角α_i的初值，并根据所求α_i初值进行迭代求解，程序收敛时，即可得非线性超越方程组的近似真解，得到磁极结构及分布位置，进一步获得转子结构。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，对第一非线性方程组进行迭代求解采用牛顿迭代法。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，对第一非线性方程组进行求解，根据所求α_i初值作为Matlab fslove求解函数的初值进行迭代求解。

7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤(3)中的方法如下：

1)求解等效三次谐波注入式磁极结构：利用调制磁极轮廓波形中各次谐波幅值表达式，列写对气隙磁密正弦度影响较大的低次谐波，然后将除基波及三次谐波外的其他次谐波幅值设置为0，得到一组由各次谐波幅值表达式组成的第二非线性方程组；

2)对第二非线性方程组进行求解，得到每块磁极位置角：利用冲量相等原理求取磁极位置角α_i的初值，并根据所求α_i初值进行迭代求解，程序收敛时，即可得非线性超越方程组的近似真解，得到磁极结构及分布位置，从而根据对称性获得整个转子磁极结构。

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于，对第二非线性方程组进行迭代求解，采用牛顿迭代法。