[发明专利]一种低速大转矩永磁同步电动机槽数的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种低速大转矩永磁同步电动机槽数的优化设计方法，以定子槽数为参数，在保证较低谐波转矩比重的情况下以最大过载能力为目标进行优化设计，利用整数区间划分和逐个筛选的方法，逐渐逼近最符合工程需求的定子槽数。本发明兼顾了电机抑制谐波转矩以及过载能力，使得电机的运行性能更好的满足了工程需要。

技术领域

本发明涉及一种低速大转矩永磁同步电动机槽数的优化设计方法，特别是一种谐波转矩比重较低和具有较高过载能力的外定子三相表贴式低速大转矩永磁同步电动机定子槽数的优化设计方法。

背景技术

随着工业水平的提高，越来越多的大重量机械负荷需要被拖动或者转移，在绿色生产的经济环境下，用电动机代替传统内燃机成了工业界的潮流。然而传统的异步电动机有着功率因数低，效率低的固有缺点，而永磁同步电动机由于没有电励磁，具有高效高功率因数的优点，所以利用永磁同步电动机代替异步电动机慢慢成为人们的共识。但是在实际生产中，永磁同步电动机的转矩中谐波的抑制成为了一个显著问题。

谐波转矩比重的高低会影响电动机运行状态的稳定性，在如何解决永磁同步电动机谐波转矩比重较大的问题上，国内外学者都提出过一个经典办法，即采用真分数槽的办法来削弱永磁同步电动机的输出转矩中的纹波转矩和齿槽转矩等脉动成分特别是齿槽转矩。对于低速大转矩永磁同步电动机，还有一个重要的性能指标，即过载能力。根据电磁场计算，过载能力大小与电机的漏电抗有关，漏电抗越大，电机的过载能力越小，而对于漏电抗，每极每相槽数越小，漏电抗越大。而另一方面，每极每相槽数越小，抑制谐波转矩的效果越好。因此，上述采用真分数槽的办法制造的电机过载能力是比较小的，这是真分数槽电机的缺点。理论上，整数槽电机过载能力最强而谐波转矩比重最高，真分数槽电机过载能力最弱而谐波转矩比重最低，于是，采取折衷的办法，即利用假分数槽，既保留了较低的谐波转矩比重，同时比较于真分数槽电机，过载能力又较高。而对于槽数怎么选择，由于要兼顾这两方面因素，使得问题往往较为复杂。因此本发明提出了一种针对假分数槽低速大转矩永磁同步电动机的优化设计方法，能够较为简便地得到具有较高最大转矩倍数的槽数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低速大转矩永磁同步电动机槽数的优化设计方法，该方法是以具有相对较低的谐波转矩比重和较高过载能力为目标，在转速不变的情况下，对电机定子的槽数进行选择，来达到设计目标。

本发明一种低速大转矩永磁同步电动机槽数的优化设计方法，该方法适用于电机为表贴式且设计手册上推荐的定子槽数对应的每极每相槽数为假分数槽的低速大转矩三相永磁同步电动机，按如下步骤进行：

(1)把定子的每极每相槽数在整数之间进行区间划分，区间为开区间且第一个区间的左端点大于1，在第i个区间内等距选择槽数Q_i1、Q_i2、Q_i3、...Q_in，且槽数依次增加，i的起始值为1，第一个槽数为第一个区间的首个槽数，该槽数为设计手册上推荐的槽配合，以该槽配合作为第一个槽数，记该槽数为Q且其对应的每极每相槽数为Q/6p，p为极对数，Q/6p化为最简分数为K/L，第一个区间的左端点为[K/L]，右端点为[K/L]+1，每个区间内的槽数是是按照每极每相槽数递增的方式，每极每相槽数的间隔为1/L；

(2)根据实际的工程需求设定谐波转矩比重值为目标一。谐波转矩比重ζ％＝(T_υmax/T_rated)*100％,T_υmax为谐波转矩中最大值，T_rated为输出的额定转矩，谐波转矩比重ζ以百分数表示，在保证电机效率不变的情况下，对选定的槽数进行电磁场有限元仿真，当谐波转矩比重与设定值之差超过误差范围，其中，误差为1％，时停止后面槽数的所有仿真；

(3)若选定的槽数全部遍历之后，谐波转矩比重仍未超过设定值，则按照(1)中的槽数递增方法在第一个整数区间上个相邻的下一个整数区间进行相同的划分且该区间和之后的每个区间的第一个槽数对应的每极每相槽数为该区间左端点值加上1/L并对目标一进行仿真；