一种齿槽转矩脉动抑制方法与流程

本发明涉及永磁电机的优化设计技术领域，更具体地，涉及一种齿槽转矩脉动抑制方法。

背景技术：

铁心的齿槽结构之间相互作用，在圆周方向产生的，即永磁电机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，由此趋势会产生一种振荡转矩，此转矩与定子的电流无关，它总是试图将转子定位在某些稳定位置，这种趋势将会造成电机运行时的转矩波动和噪声。在变速驱动中，当转矩频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。

为了解决上述的技术问题，人们发明了单个永磁体偏移的转矩脉动谐波抑制方法，其虽然能够在一定程度上缓解了齿槽转矩脉动谐波，但是其仍然存在以下缺点：

(1)简单的磁极偏移角度计算方法只能消除某一次谐波。

(2)改变所有磁极的位置，可以削除某些次数谐波，但没有考虑由于磁极偏移而引起的新谐波，当每极槽数不是整数时齿槽转矩削弱效果不好。

(3)考虑分数槽的磁极偏移计算方法需要求解多元方程组，极数越多或消除谐波次数越多时偏移角度计算越繁杂。

因此，急需发明一种齿槽转矩脉动抑制方法以解决上述的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种可消除多次谐波且抑制谐波效果好的齿槽转矩脉动抑制方法，以解决现有消除齿槽转矩脉动谐波方法只能消除一次谐波且谐波抑制效果不好的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种齿槽转矩脉动抑制方法，其包括以下步骤：

S1.将电机永磁体划分成m个基本齿槽单元，且m＝2p/γ，其中，p表示磁极对数；γ表示每个基本齿槽单元中永磁体个数；

S2.基于m个基本齿槽单元，获取w个偏移组，其中，w＝m/k，k为每个偏移组中的基本齿槽单元数量；

S3.将偏移组中的基本齿槽单元旋转θ_n，以获得w个偏移后的基本齿槽单元，其中，θ_n表示消除第n次谐波基本齿槽单元偏移的角度；

S4.令m＝w，执行步骤S2，直至w＝1。

在上述方案基础上优选，所述步骤S2进一步包括

将每个偏移组的k个基本齿槽中第j个基本齿槽单元偏移(j-1)*θ_n，其中，1≤j≤k。

在上述方案基础上优选，所述步骤S1进一步包括：判断每极槽数是否为整数，且每极槽数为定子槽数与磁极个数之比；

当每极槽数为整数时，每个基本齿槽单元由1个永磁体组成，γ＝1；

当每极槽数为分数时，γ＝2p/Ns，其中，Q表示定子槽数，2p表示磁极个数，N_S表示磁极个数与定子槽数的最大公约数。

在上述方案基础上优选，所述步骤S3进一步包括以下步骤：

将偏移组中的基本齿槽单元旋转θ_n，以获得w个偏移后的基本齿槽单元，

其中，且2≤k≤m；

θ_n表示消除第n次谐波基本齿槽单元偏移的角度，k表示每个偏移组中的基本齿槽单元数量，n表示消除的谐波次数，N_S表示磁极个数与定子槽数的最大公约数。

本申请提出一种齿槽转矩脉动抑制方法，运用傅里叶分解的方法分析了齿槽转矩的表达式，提出了一种基本齿槽单元的概念，利用电机的齿槽转矩为各基本齿槽单元产生齿槽转矩的同相叠加，通过将两个或几个基本齿槽单元相对偏移适当角度，以消除他们产生的齿槽转矩中的某次谐波，同时，给出了磁极偏移角度的公式，从而提供一种可消除多次谐波的齿槽转矩脉动抑制方法。

附图说明

图1为本发明的一种齿槽转矩脉动抑制方法的基本齿槽单元划分状态图；

图2为本发明的一种齿槽转矩脉动抑制方法的第一次偏移组划分结构示意图；

图3为本发明的一种齿槽转矩脉动抑制方法的第一次偏移状态图；

图4为本发明的一种齿槽转矩脉动抑制方法的第二次偏移组划分状态图；

图5为本发明的一种齿槽转矩脉动抑制方法的第二次偏移状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参阅图1所示，本发明一种齿槽转矩脉动抑制方法，其包括以下步骤：

S1.将整个电机的永磁体可沿圆周方向分成m个基本齿槽单元，每个基本齿槽单元包括的永磁体个数相同，并且每个基本齿槽单元与定子槽的相对位置是相同的，而同一个基本齿槽单元内的各永磁体与定子槽的相对位置不同。且m＝2p/γ，其中，p表示磁极对数；γ表示每个基本齿槽单元中永磁体个数，见图1所示；

S2.将m个基本齿槽单元划分成w个偏移组，每个偏移组中有k个基本齿槽单元，其中，w＝m/k；

S3.将每个偏移组的k个基本齿槽中第j个基本齿槽单元偏移(j-1)*θ_n，其中，1≤j≤k，以获得w个偏移后的基本齿槽单元，其中，θ_n表示消除第n次谐波基本齿槽单元偏移的角度；

S4.令m＝w，执行步骤S2，直至w＝1时结束循环。

为了进一步详细说明本发明的技术方案，以下将详细介绍本发明的步骤S1。

判断每极槽数是否为整数，且每极槽数为电机的定子槽数Q与磁极个数2P之比,P为电机的极对数；

当每极槽数为整数时，每个基本齿槽单元由1个永磁体组成，即每个基本齿槽单元中永磁体个数γ＝1；

当每极槽数为分数时，每个基本齿槽单元中永磁体个数为γ＝2p/Ns，其中，Q表示定子槽数，2p表示磁极个数，N_S表示磁极个数与定子槽数的最大公约数。

将偏移组中的基本齿槽单元旋转θ_n，以获得w个偏移后的基本齿槽单元，

其中，且2≤k≤m；

θ_n表示消除第n次谐波基本齿槽单元偏移的角度，k表示每个偏移组中的基本齿槽单元数量，n表示消除的谐波次数，N_S表示磁极个数与定子槽数的最大公约数，Q表示定子槽数，见图2所示。

为了进一步详细说明本发明的技术方案，以下将以2p＝8，Q＝12，γ＝4，k＝2，m＝2p/γ＝4，w＝2，通过偏移消除一次谐波和二次谐波过程，作为示例予以说明：

首先，判断每极槽数是否为整数，由于每极槽数为定子槽数与磁极个数之比，且定子槽数为12，磁极个数为8，故每极槽数Q/2p＝3/2,为分数槽，通过偏移消除1次谐波，即n＝1。

进行第一次划分基本齿槽单元，Ns＝4，γ＝2，m＝2p/γ＝4，将整个电机的每两个相邻永磁体划分为一个基本齿槽单元，从而使得整个电机的永磁体(P₁、P₂……P₈)可以划分为4个基本齿槽单元(A₁、A₂、A₃、A₄)，请参阅图1所示。

取k＝2，w＝2，将4个基本齿槽单元(A₁、A₂、A₃、A₄)划分成2个偏移组B₁、B₂，其中B₁表示第一偏移组，其包括A₁、A₂两个基本齿槽单元，B₂表示第二偏移组，其包括A₃、A₄两个基本齿槽单元，请参阅图2所示。

将偏移组B₁中的第一个基本齿槽单元A₁不动，将偏移组B₁中的第二个基本齿槽单元A₂偏移θ₁度，将偏移组B₂中的第一个基本齿槽单元A₃不动，将偏移组B₂中的第二个基本齿槽单元A₄偏移θ₁度，其中，θ₁＝2*π/(1*4*12*2)＝7.5°，请参阅图3所示。

令m＝w＝2，判断w是否等于1，如果不是，则进行第二次偏移，以消除2次谐波，n＝2。

将第一次偏移后的偏移组视为第一基本齿槽单元，将第一基本齿槽单元划分成1个第二偏移组，每个第二偏移组中有2个第一基本齿槽单元B₁、B₂，且每个第一基本齿槽单元中有2个基本齿槽单元，也就是说每一个第二偏移组中有4个基本齿槽单元，如图4所示，B₁、B₂第一个第二偏移组，见图4所示。

将第一个第二偏移组中的第一个基本齿槽单元B₁不动，将第一个第二偏移组中的第二个基本齿槽单元B₂偏移θ₂度，其中，θ₂＝2*π/(2*4*12*2)＝3.75°，请参阅图5所示。

令m＝w＝1，判断w是否等于1，由于经过两次偏移w＝1，故结束偏移。

本申请提出一种齿槽转矩脉动抑制方法，运用傅里叶分解的方法分析了齿槽转矩的表达式，提出了一种基本齿槽单元的概念，利用电机的齿槽转矩为各基本齿槽单元产生齿槽转矩的同相叠加，通过将两个或几个基本齿槽单元相对偏移适当角度，以消除他们产生的齿槽转矩中的某次谐波，同时，给出了磁极偏移角度的公式，从而提供一种可消除多次谐波的齿槽转矩脉动抑制方法。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。