一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法与流程

技术特征：

1.一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤l，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脉动的波动周期数，确定其总体波动趋势；

步骤2，计算能够产生相同转矩的最小磁极数N₀，将电机转子和永磁体模块化；通过模块化分析，使得每个模块中的永磁磁极能够产生相同的转矩，包括转矩幅值和相位，在此前提下，保证模块中的磁极数最少，并以此作为一个基本重复单元；

步骤3，将两个或多个基本重复单元合并，组成新的重复单元，这些新的重复单元同样可以产生相同的转矩幅值和波形；确定不同新重复单元的个数，以供磁极偏移的时候选择；

步骤4，分析转矩及转矩脉动主要来源成分，并对它们的产生进行模块化分析，确定转矩脉动中各个成分所产生的基本重复单元，计算各个基本重复单元中的最小磁极数N_i0；

步骤5，综合考虑N₀和各个N_i0，合理选择偏移重复单元；并根据所选重复单元内磁极数量b，确定重复单元数q和最大可偏移次数N；

步骤6，为了削弱转矩脉动中的1次主要谐波，计算一次偏移的准确角度θ₁，对所选的重复单元进行第一次偏移；

步骤7，为了削弱转矩脉动中的2次主要谐波，计算二次偏移的准确角度θ₂，在第一次磁极偏移的基础上，重新划分重复单元，对新的重复单元进行第二次偏移；

步骤8，如果空间允许，为了削弱转矩脉动中的n次主要谐波，计算n次偏移的准确角度θ_n，在前n-1次偏移的基础上，进行第n次划分重复单元，并进行第n次偏移。

2.根据权利要求l所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤l中的转矩脉动的波动周期数计算公式为：

其中，T_ripple表示一个电周期内转矩脉动的波动周期数；N_s表示电机的槽数，N_p表示电机的极对数，N_ps表示电机槽数与极数的最小公倍数N_ps＝LCM(N_s，2N_p)。

3.根据权利要求1所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤2中基本重复单元是指能够产生相同转矩波形的最小永磁磁极数，这些转矩波形具有相同的幅值和相位。

4.根据权利要求1所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤2中基本重复单元内最小永磁磁极数的计算公式为：其中，N₀表示基本重复单元内的最小永磁磁极数，N_s表示电机的槽数。

5.根据权利要求1所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤3中的新的重复单元是由k个基本重复单元所组成，其永磁磁极数为kN₀。

6.根据权利要求l所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤4中的转矩脉动主要来源成分包括：齿槽转矩、磁阻转矩和永磁转矩；它们相对应的基本重复单元中的最小永磁磁极数分别记为N₁₀，N₂₀，N₃₀。

7.根据权利要求1所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤5中：

所选重复单元内磁极数量b，重复单元数q和最大偏移次数N满足以下关系：

N取整数；

所选重复单元内磁极数量b，重复单元数q和最大偏移次数N确定之后，则电机总转矩则可表示为各重复单元所产生的转矩之和，即其中，T_i为各重复单元所产生的转矩。

8.根据权利要求1所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤6中，偏移的角度计算过程为：

步骤6.1，电机的转矩表达式可表示为转矩均值和转矩脉动之和，具体如下：

$\left\{\begin{array}{c}T=T_{all\_av}+T_{all\_rip}\\ T_{all\_rip}=\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{T}_{rn}\sin N_{ps}n\mathrm{\α}=q\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{T}_{prn}\sin N_{ps}n\mathrm{\α}\end{array}\right.$

其中，T_{all_av}表示转矩平均值，T_{all_ip}表示转矩脉动，根据转矩脉动的周期性，可以将其表示成为上述傅里叶级数形式；

步骤6.2，电机的转矩T可表示为各重复单元所产生的转矩T_i之和，而各分量T_i也可表示为平均值和脉动之和；在此基础上，若某个磁极重复单元被偏移θ之后，该重复单元所产生的转矩仅在相位上发生改变，即

${T_{all\_rip}}^{\′}=\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{prn}\sin N_{ps}n(\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})$

步骤6.3，最终的总的转矩脉动则为未被偏移的重复单元和已被偏移的重复单元分别产生的转矩脉动相叠加：

$T_{all\_rip}=\frac{q}{2}\underset{j=1}{\overset{2}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}{T}_{prjn}\sin N_{ps}n(\mathrm{\α}+(j-1\left)\mathrm{\θ}\right)$

步骤6.4，考虑转矩的平均值，则输出转矩可进一步表示为

$T=\frac{q}{2}\underset{j=1}{\overset{2}{\Σ}}(T_{pavj}+\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{prjn}\sin N_{ps}n(\mathrm{\α}+\left(j-1\right)\mathrm{\θ}\left)\right)$

其中，T_pavj表示第j个重复单元产生的平均转矩，在磁极偏移之前，各重复单元产生的平均转矩相同，即T_pavj＝T_pav；

步骤6.5，永磁体重复单元被偏移之后，使得转子稍有不对称，每个重复单元的平均转矩有微小的变化，但是这种变化很小，远远低于转矩脉动的含量；具体关系如下，

$\left\{\begin{array}{c}{T}_{pavj}=T_{pav}+{\mathrm{\ΔT}}_j\\ T_{prjn}=T_{prn}+{\mathrm{\ΔT}}_{rj}\end{array}\right.$

其中，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}T=\frac{q}{2}\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔT}}_j+\frac{q}{2}\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔT}}_{rj}\sin N_{ps}n\left(\mathrm{\α}+\left(j-1\right)\mathrm{\θ}\right)\\ T_r=\frac{q}{2}\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\mathrm{\Σ}}}{T}_{prn}\sin N_{ps}n\left(\mathrm{\α}+\left(j-1\right)\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right.$

上式中的T_r即为转矩脉动的主要成分，应作为主要分析对象；利用三角函数公式，将其化简得：

步骤6.6，若想削弱转矩脉动，则需要使得T_r尽可能小，在极限情况下，T_r＝0，则有偏移的角度为：或其中，θ_n表示消除转矩脉动中n次谐波时需要重复单元偏移的角度；当n＝l时，磁极偏移θ₁可消除转矩脉动中的1次主要谐波；当n＝2时，磁极偏移θ₂可消除转矩脉动中的2次主要谐波。

9.根据权利要求l所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤6中的一次偏移是将选择的重复单元间隔性偏移，偏移角度为θ₁。

10.根据权利要求1所述的一种降低永磁同步电机转矩脉动的方法，其特征在于：所述步骤7中的二次偏移是指在一次偏移的基础上，将已被偏移的重复单元以及其相邻的一个未被偏移的重复单元作为整体，划分为新的重复单元；然后将新的重复单元间隔性偏移，偏移角度为θ₂；二次偏移必须与一次偏移同方向。