[发明专利]抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统

说明书

本公开提出了抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度。本公开技术方案可以将固有轴电压完全抑制，或仅剩谐波阶次较高的成分，降低轴承电腐蚀威胁。

技术领域

本公开涉及永磁电机技术领域，特别是涉及抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统。

背景技术

随着永磁电机在航空航天、电动汽车、轨道交通、机器人等领域中应用越来越广泛，对于永磁电机的稳定性、可靠性等方面也提出了更高的要求。因此，从电机设计的角度出发，对电机参数进行优化，降低故障产生机率，对于提升电机的可靠性具有重要的意义。

即使不存在定子铁心接缝与极数匹配不当，绕组匝间短路、转子偏心等故障，某些极槽配合的分数槽永磁同步电机，也会由于齿槽效应而导致电机内存在磁路不平衡。这种磁路不平衡会等效出环绕转轴且交变的净磁通，在电机旋转时该磁通会在转轴上感应出交变的轴电压，此轴电压可称为分数槽永磁电机的固有轴电压。当轴电压超过阈值时，会击穿轴承润滑脂油膜产生放电，老化润滑脂，严重时则会形成轴电流，腐蚀轴承内侧滑道，降低轴承的机械寿命，同样也会引起额外的机械噪声，增加故障率和维护成本，严重时将影响整个电机系统的正常运行。

发明人在研究中发现，目前，对于轴电压的传统抑制措施，多采用绝缘轴承以及电刷接地两种方案，然而，利用绝缘轴承的方法，抑制轴承电腐蚀，不仅使成本提高，还会使电机的机械强度降低，严重限制了电机的应用环境；电刷接地法，需要在电机外部增加电刷元件，增大产品的复杂度，要经常更换磨损的电刷，需要停工更换，影响工作效率；所以，从电机设计的角度出发，根据轴电压的产生原理，对于轴电压从源头进行抑制，可以高效且低成本地抑制轴电压的危害，同时提高电机的稳定性和可靠性。

目前，针对固有轴电压抑制方面，分数槽永磁电机的转子分段斜极设计尚无法可循。

发明内容

本说明书实施方式的目的之一是提供抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，有利于该类电机的稳定可靠运行，削弱固有轴电压，避免轴承电腐蚀，降低电机故障率与维护成本。

本说明书实施方式提供抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，通过以下技术方案实现：

包括：

对于存在固有轴电压的转子分段的分数槽永磁电机，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；

根据磁通连续性和三角函数正交性定理，利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，根据法拉第电磁感应定律，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；

将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；

根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；

根据电机的永磁体极数和定子槽数，利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度、不同转子分段数目时相邻两转子分段间的角度差。

本公开上述技术方案从分数槽永磁电机设计角度，本公开可以为转子分段斜极的斜极角度和转子分段数的选择提供依据，且采用本公开所提及的转子分段斜极设计方法后，可以将固有轴电压完全抑制，或仅剩谐波阶次较高的成分，降低轴承电腐蚀威胁。