[发明专利]一种永磁电机齿槽转矩削减方法及装置

说明书

本发明公开了一种永磁电机齿槽转矩削减方法和装置，基于齿槽转矩的产生机理，得到影响齿槽转矩幅值的磁场对；并基于产生工作磁场的磁导谐波计算永磁电机在现有结构下，沿圆周方向上每个位置的磁导对平均转矩的贡献值，并得到沿圆周方向分布的平均转矩分布曲线；综合考虑影响齿槽转矩的目标磁导谐波产生的齿槽转矩幅值和平均转矩分布曲线，得到对齿槽转矩影响大但对平均转矩影响小的区域作为目标优化区域，并对所述目标优化区域的定子铁芯结构进行尺寸参数的优化，从而实现在对永磁电机输出转矩影响较小的前提下，有效削减永磁电机的齿槽转矩。

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，更具体地，涉及一种永磁电机齿槽转 矩削减方法及装置。

背景技术

电机作为广泛、关键的基础零部件，对提高装备制造业整体水平起着 关键作用。同时，制造业的迅速发展也对电机的转矩密度、响应速度、转 矩脉动等性能品质提出更高的要求。其中，转矩脉动是影响电机转矩品质， 私服系统控制精度的重要因素，此外也会引起电机振动，产生机械噪声， 情况严重时甚至影响电机的可靠性。伺服邻域对电机输出转矩的平稳性要 求极高，高端伺服电机的齿槽转矩通常控制在1％以内，有的甚至更低。因此，在永磁电机设计中，削弱齿槽转矩也是核心的设计工作。

齿槽转矩是永磁电机空载时，永磁体与定子开槽铁芯相互作用产生的。 近年来，大量学者研究了齿槽转矩的成因并在此基础上提出许多削弱齿槽 转矩的方法，主要包括极槽配合，永磁体极弧系数优化，永磁体形状优化、 定转子铁心开辅助槽，定子斜槽/转子斜极，非均匀定子齿宽或齿间宽度设 计等。上述方法在削弱齿槽转矩的同时还会一定程度削减平均转矩，降低 槽满率；此外，定转子开辅助槽的方法中每个辅助槽尺寸和位置都是未知 的，需要借助有限元软件的重复优化设计，无规律性；此外，这种方法会 增大气隙的磁阻，降低气隙磁密基波幅值，进而减少了平均转矩。同时， 部分的削减方法使电机结构变复杂，增加制造难度，没有考虑实际生产情 况等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁电机齿 槽转矩削减方法及装置，由此解决现有的齿槽转矩削减方法会削减平均转 矩，降低槽满率的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种永磁电机齿槽 转矩削减方法，包括：

S1，确定产生齿槽转矩的磁场对B_i,m与B_j,n；

S2，确定所述磁场对中产生工作磁场的磁导谐波，并计算在电机气隙 圆周上各点处所述产生工作磁场的磁导谐波所产生的平均转矩T_avg，得到平 均转矩分布曲线；

S3，排除所述磁场对中产生工作磁场的磁导谐波和极对数大于或等于 预设极对数阈值的磁导谐波，得到目标磁导谐波；

S4，将所述目标磁导谐波产生的齿槽转矩幅值T_cog和所述平均转矩T_avg分布曲线标幺化后绘制在同一坐标系中，确定满足T_cog/T_avg大于预设阈值、 且T_avg在预设区间范围内的区域，并对所述区域内定子内径与永磁体外径之 间的径向距离进行调整，以对所述齿槽转矩进行削减。

优选地，基于离散磁导模型计算所述平均转矩分布曲线；

所述离散磁导模型为：

其中，F₁为永磁体基波磁势；D_g为电机气隙对应的直径； L为电机有效轴长；N_s为相绕组串联匝数；ω_m为转子机械旋转角速度；P_r为 永磁体阵列的极对数；j为电机气隙中产生工作磁场的磁导谐波的极对数； θ_fj为极对数为j的磁导谐波的初始相位；Λ(θ_i)为机械角度为θ_i处的磁导幅 值。