[发明专利]一种永磁同步电机齿槽转矩脉动抑制方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机齿槽转矩脉动抑制方法，该方法以永磁同步电机齿槽转矩脉动的抑制为目标，从电机动态控制的角度，提出了一种基于动态磁补偿的齿槽转矩的削弱方案，以改善现有削弱方法需要改变电机结构设计，增加电机制造工艺复杂度的缺陷，解决电机制造后其本身存在的转矩脉动问题以及只可用于特定场合的问题。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，具体地说，涉及一种永磁同步电机齿槽转矩脉动抑制方法。

背景技术

随着科技发展与工业进步，电力驱动系统及电机在各个领域的应用越来越广泛，其中包括电动产品、工业制造、交通运输、以及国防技术等。其中永磁同步电机由于具有效率高、功率因数大、可靠性强、重量轻、结构简单、体积小、噪声小等显著性优点而被广泛应用。但不可避免的，永磁同步电机也存在着一些缺陷，其中转矩脉动是永磁电机的一个固有缺陷。转矩脉动受到电机结构与参数、控制策略等因素的影响，包括电枢反应引起的转矩脉动、电磁因素引起的转矩脉动、电流换向引起的转矩脉动、齿槽效应引起的转矩脉动、机械加工引起的转矩脉动，其中齿槽转矩脉动是由于电机本身的齿槽物理结构而存在，是永磁体与电枢齿相互作用的切向分量力的波动引起的一种振荡转矩，这种作用力试图将电枢齿和永磁体的位置保持对齐，即使在永磁电机的绕组不通电时也会产生。而转矩脉动会导致电机的振动和噪声，从而在应用中对电机系统产生影响，如，影响电机速度控制系统的低速性能，影响位置控制系统中的高精度定位，影响伺服控制系统的控制特性和运行可靠性，对于风电系统，存在起动阻力矩，从而影响风电效率。当转矩脉动频率与电机定子或者转子的共振频率相同时，会放大电机中的振动与噪声，极大地影响了电机的性能。

传统抑制齿槽转矩脉动的方法有磁极偏移、定子斜槽或转子斜极、极槽配合、永磁体形状优化、极弧系数组合、辅助槽、不等齿宽以及不等槽口宽等方法，并且都已经有较多实验验证与实际应用。但是传统的方法均为从电机本体设计上进行优化，改变了电机的结构，使电机制造工艺更加复杂，增加了电机制造成本，甚至会由于工艺复杂引入机械加工因素引起的转矩脉动。并且电机制造之后具有不可逆性，不同场合或者工况下需要进行不同的电机设计，降低了电机的利用率。因此，抑制转矩脉动具有十分重要的意义。

鉴于此，急需提出具有一定动态适应性的永磁同步电机齿槽转矩脉动抑制方法，以在不增加电机制造成本的基础上，在各种场合下优化电机的运行性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提出了一种永磁同步电机齿槽转矩脉动抑制方法，该方法以永磁同步电机齿槽转矩脉动的抑制为目标，从电机动态控制的角度，提出了一种基于动态磁补偿的齿槽转矩的削弱方案，以改善现有削弱方法需要改变电机结构设计，增加电机制造工艺复杂度的缺陷，解决电机制造后其本身存在的转矩脉动问题以及只可用于特定场合的问题。

(二)技术方案

本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供了一种永磁同步电机齿槽转矩脉动抑制方法，在假设电机齿槽被简化为矩形，且永磁体的磁导率为无穷大的条件下，该方法包括以下步骤：

步骤S1：确定齿槽转矩表达式；永磁同步电机的转子在任何位置时其齿槽转矩可由表示；其中，W是电机内部的能量，α是定转子相对位置角；

步骤S2：确定电机内部的能量

其中，μ₀为真空磁导率，μ₀＝4π×10^-7H/m，B(θ,α)为磁通密度，θ为磁极中心线偏离齿槽转矩为零位置的角度，V是气隙磁场体积。

步骤S3：在任何位置，磁通密度为得其中，B_r(θ)为θ角处的剩磁密度，h_m为永磁体磁化方向长度，函数g(θ,α)为有效气隙长度；

步骤S4：分别对B_r²(θ)和进行傅里叶分解，得到离散的分解式