[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

说明书

本发明涉及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：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；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；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；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。本发明可以有效改善表贴式双三相永磁同步电机的性能，减小谐波削极型磁极结构加工异形外轮廓的难度。

技术领域

本发明属于电机优化设计领域，具体涉及降低气隙磁密谐波，提高气隙磁密正弦度技术，可用于减小电机转矩波动的表贴式双三相永磁同步电机的设计。

背景技术

表贴式永磁同步电机因其结构简单，漏磁小，被广泛应用于各个领域。目前，各种工业应用领域对永磁电机性能要求不断提高，如何设计具有高转矩密度及低转矩波动的高性能永磁同步电机是目前电机设计领域的研究重点及难点。永磁电机的电磁转矩、转矩波动、振动噪声等性能均与气隙磁密大小及波形正弦度密切相关，传统表贴式永磁电机的转子磁极通常是由整块磁极按指定极弧系数排列组成，其产生的气隙磁场正弦度较差，含有各种非工作次谐波，因此，如何减小气隙磁密波形中的非工作次谐波对有效降低电机转矩波动、损耗具有重要影响。

近年来国内外学者针对表贴式永磁电机的磁极结构优化设计做了大量研究，有学者提出利用等宽分段磁极与不同磁化强度磁极材料组合的方法，使气隙磁密波形正弦度得到提升，但不同材料间磁极性能差异大，增大了加工制造难度；对于将转子磁极外极弧进行偏心削极的方法，利用简单模型推导正弦气隙磁密对应的磁极结构，可通过优化偏心距等关键参数削弱气隙磁密谐波和齿槽转矩；对于磁极削极为正弦型磁极结构的方法，可通过调整永磁体边缘厚度，寻找最优气隙磁密波形，使得电机齿槽转矩减小；虽然此类利用正弦型磁极结构可以使电机气隙磁密波形的正弦度更高，有效降低电机的转矩波动，但因其外轮廓圆弧形状特殊，给磁极生产加工带来极大困难。

特定谐波消除调制方法是由Patel H.S.和Hoft R.G.等人在1973年提出的，主要应用于变频电源领域。当三电平逆变器应用于大功率电机驱动场合时，为降低功率器件的开关频率从而减小开关损耗，因此需采用特定谐波消除技术(SHET)来消除输出电压波形中存在的低次谐波，使得电流脉动得以减小，变频电源的性能得以提高^[1-2]。

特定谐波消除调制技术的主要原理是利用三相逆变器输出相电压的傅里叶级数模型，将想要消除的特定次谐波幅值设为零作为约束，进一步求解以开关角度α为未知数的非线性超越方程组，最终经过调制将逆变器输出电压中的特定谐波消除^[3]。

参考文献：

[1]Patel H S,Hoft R G.Generalized Techniques of Harmonic Eliminationand Voltage Control in Thyristor Inverters:Part I--Harmonic Elimination[J].IEEE Trans,1973,9(3):310-317.

[2]Patel,Hasmukh,S,等.Generalized Techniques of Harmonic Eliminationand Voltage Control in Thyristor Inverters:Part II---Voltage ControlTechniques[J].Industry Applications,IEEE Transactions on,1974.

[3]魏远志.特定消谐技术中剩余谐波的分析与控制[D].哈尔滨工程大学,2019.

发明内容