[发明专利]一种基于谐波注入的低转矩脉动永磁无刷电机设计方法

权利要求书

1.一种基于谐波注入的低转矩脉动永磁无刷电机设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据永磁无刷电机永磁体磁动势组成，确定永磁体磁动势中谐波初始相位角与输出转矩和转矩脉动的关系，并通过傅里叶分解提取磁动势中主要次谐波的幅值和初始相位角；

步骤2，根据永磁体磁动势公式，提出了考虑初始相位角的多谐波注入公式，根据公式完成表嵌式永磁无刷电机多谐波注入相位角的建模，并通过m次谐波的注入对转子形状的变化原理，结合仿真和分析验证考虑多谐波注入角公式的正确性；

所述步骤2中，所述考虑初始相位角的磁动势谐波注入公式为：

式中，F_rp(θ,t)为永磁体磁动势，p_r是永磁体极对数，i是正奇数，Ω_r为机械角速度，A_i为磁动势中i次谐波的幅值，θ是气隙圆周位置角，t是时间，θ_i为磁动势中i次谐波的初始相位角，A_m为m次注入谐波的幅值，θ_m为磁动势中主要次谐波初始相位角，θ_n为注入主要次谐波的相位角，N_s为槽数，考虑到转子形状发生改变，假设永磁体和气隙总长度不变，其中m次谐波为(ip_r±jN_s)次谐波中除p_r和p_r±N_s次外幅值相对较低的谐波，k₁，k₂，k₃为m次谐波中的任意次谐波；

式中A_m为m次注入谐波的幅值，A_i为磁动势中i次谐波的幅值，A_max为磁动势的最大幅值，l_pm为永磁体的宽度，l_air为气隙的宽度；

步骤3，根据主要次谐波对输出转矩和转矩脉动的敏感度分析，确定优化初始相位角的谐波次数；

步骤4，对不同主要次谐波初始相位角进行组合优化，验证该方法对转矩脉动降低的有效性。

2.根据权利要求1所述的一种基于谐波注入的低转矩脉动永磁无刷电机设计方法，其特征在于，所述步骤1中证明永磁体磁动势中谐波初始相位角与转矩性能的关系，通过改变永磁体磁动势中谐波的初始相位角对气隙磁密进行有效地调整，从而达到针对特定次谐波初始相位角进行调整以降低转矩脉动。

3.根据权利要求1所述的一种基于谐波注入的低转矩脉动永磁无刷电机设计方法，其特征在于，所述步骤2中，需要分析磁路的走向确定谐波注入的方向；其中假如为表嵌式永磁无刷电机，其转子分为永磁体和转子齿两部分，永磁体交替极充磁方式决定了转子结构中永磁体和转子齿的磁路方向相反，因此永磁体和转子齿部分谐波注入的方向相反，通过(ipr±jNs)次谐波不同的初始相位角注入，描述了初始相位角发生变化时永磁体和转子齿形状发生变化的原理。

4.根据权利要求1所述的一种基于谐波注入的低转矩脉动永磁无刷电机设计方法，其特征在于，所述步骤3中，通过应力张量法计算不同次谐波对转矩和对转矩脉动的贡献，以此确定各谐波对转矩性能的敏感度，并根据敏感度选择特定次谐波进行相位角优化。

5.根据权利要求1所述的一种基于谐波注入的低转矩脉动永磁无刷电机设计方法，其特征在于，所述步骤4中，依据谐波对转矩性能的敏感度分析，对不同谐波次数和相位角进行组合优化，探索考虑多次谐波相位角对输出转矩的影响和降低转矩脉动的有效性。