[发明专利]一种电励磁磁通切换电机转矩脉动和感应电压削弱方法

说明书

本发明公开了一种电励磁磁通切换电机的转矩脉动和空载励磁绕组感应电压削弱方法，通过根据电机定子槽数和转子极数确定转矩和空载励磁绕组感应电压谐波阶次；使用有限元软件仿真获取不同极靴角下谐波转矩和励磁绕组感应电压的波形及对应数据，并使用快速傅里叶分解得到不同谐波阶次对应的幅值、相位特性；根据需要削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压其中之一或同时削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压，采取不同的方式削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压。本发明涉及的削弱方法易于实现，效果明显，通过本发明可以实现令电励磁磁通切换电机在实际应用中具有高转矩密度、低转矩脉动和低励磁绕组感应电压的特点。

技术领域

本发明涉及电机本体设计与分析的技术领域，尤其涉及一种电励磁磁通切换电机转矩脉动和感应电压削弱方法。

背景技术

伴随着稀土永磁材料的发展，具有高转矩密度、高效率的永磁电机成为了学术界、工业界研究的热点。永磁电机在工业、家用电器、航天等众多领域也取得了广泛的应用。但是永磁材料本身也有价格波动大、高温不可逆退磁等缺陷，这也限制了永磁电机更广泛的应用。因此，近年来非稀土永磁电机受到了越来越多的关注。

非稀土永磁电机种类众多，包括异步电机、开关磁阻电机、绕线式同步电机等。异步电机结构简单，成本低廉，但是有功率因数较低，调速性能稍差等缺点。开关磁阻电机定转子都为凸极结构，其中定子侧放置绕组，转子仅为凸极结构。开关磁阻电机结构简单，转子结构易于实现高速运行，但是转矩脉动较大。绕线式同步电机有较好的调速性能，成本也相对低廉。但是，因为传统的转子励磁式绕线同步电机需要放置电刷和滑环，这种电机需要不定期的维护。因此，一些学者尝试将转子侧的励磁绕组放置到定子侧，从而实现了无刷运行。这种将电枢绕组和励磁绕组同时放置在定子侧的电机被称为电励磁磁通切换电机。

但是，电励磁磁通切换电机的应用也需要克服一些问题，如较大的转矩脉动、因气隙磁阻的变化而生成的励磁绕组感应电压等等。许多学者针对这些问题提出了一些削弱方法，如转子分段斜极、转子齿宽配合、转子齿削极、双三相和转子齿轴向配合等方法，但难以保证在维持电机高转矩密度的同时削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供，该发明能够

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了一种电励磁磁通切换电机转矩脉动和感应电压削弱方法，其特征在于：包括，根据电机定子槽数Ns和转子极数Nr确定转矩和空载励磁绕组感应电压谐波阶次；使用有限元软件仿真获取不同极靴角下谐波转矩和励磁绕组感应电压的波形及对应数据，并使用快速傅里叶分解得到不同谐波阶次对应的幅值、相位特性；判断需要同时削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压或仅削弱其中之一；若需要削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压其中之一，则调整极靴角度对应的主要谐波相位差，且使两段定子长度之比数值上等于各自主要谐波幅值之比的倒数；若需要同时削弱转矩脉动和空载励磁绕组感应电压，则结合使用极靴角的参数遍历结果和多目标优化算法，并根据两个目标的重要性选取合适的参数组合。

进一步的，在本发明中：电机定子轴向上分为两段，两段定子齿有不同的极靴角，且两段定子长度可以相同或不同。

进一步的，在本发明中：削弱对象为定子槽数Ns、转子极数为Nr的电励磁磁通切换电机。

进一步的，在本发明中：电机定子轴向段数为2或任一大于2的整数。

进一步的，在本发明中：若削弱对象为转矩脉动或者空载励磁绕组感应电压其中之一，则极靴角组合和轴向长度配比的选取原则为，选取极靴角组合使两段定子的削弱对象主要谐波的相位差为180°，且两段定子的长度之比为其对应的削弱对象主要谐波幅值之比的倒数。