[发明专利]一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，包括：

步骤1、确定齿槽转矩产生的关联参数；

步骤2、利用有限元方法分析关联参数对齿槽转矩的影响；

步骤3、基于仿真分析结果对关联参数进行合理设计以优化永磁同步电机的齿槽转矩。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，所述步骤1中齿槽转矩产生的关联参数为极弧系数和槽口宽度。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，所述步骤1中齿槽转矩产生的关联参数的确定方法包括：

建立齿槽转矩的表达式：

上式中，α为齿中心线与对应永磁体中心线夹角，z为槽数，2P为极数，L_a为铁芯叠压厚度，μ为相对磁导率，R₂、R₁分别为定子内径和转子外径，G为气隙沿圆周方向的分布，n为使nz/2p为整数的整数；

结合电机整体的效率、功率密度、电机成本三个方面，从表达式的建立过程分析确定出极弧系数和槽口宽度为齿槽转矩最关键的关联参数。

4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，所述齿槽转矩的表达式的建立过程包括：

基于能量法对永磁同步电机的齿槽转矩进行解析；

当电流i＝0时，齿槽转矩为磁场能量对定子相对位置的负导数，即：

对于永磁同步电机来说，当i＝0时，储存在磁场中的磁共能为：

齿槽转矩是气隙磁阻变化引起的磁阻转矩，将公式(2)带入公式(1)，得：

上式表明，齿槽转矩与磁通的平方成正比，降低磁通能降低齿槽转矩，但是磁通降低，也降低了电机的性能，故减小是削弱齿槽转矩的可行办法；

在永磁同步电机中，假设铁芯磁导率无穷大，i＝0时，电机内储存的磁能近似表示为：

气隙磁通密度沿铁芯表面的分布可表示为：

B(θ，α)＝B_r(θ)G(θ，α)， (5)

式中：

其中B_r(θ)是永磁体剩磁沿圆周方向的分布；G(θ,α)是齿中心线与永磁体磁极中心线夹角为α时有效气隙长度沿圆周方向的分布；h_m为永磁体磁化方向长度；g为有效气隙长度；

将公式(5)代入公式(4)，得：

将公式(6)代入公式(1)，则齿槽转矩可表示为：

其中，θ为位置角；

对和G²(θ,α)进行傅里叶展开：

式中：

其中，α_p为永磁磁极的极弧系数；

不考虑转子相对位置，假设θ＝0，

考虑转子相对位置，

上式中，

其中，θ_so为槽口宽度；

将B_r(θ)和G(θ,α)分别用傅里叶级数展开，可得到齿槽转矩的解析式：

上式中，z为槽数，2P为极数，L_a铁芯叠压厚度，R₂、R₁分别为定子内径和转子外径；

基于表达式建立过程综合分析，只有通过调整剩余磁通密度B_r(nz/2p)来降低齿槽转矩，而要降低B_r(nz/2p)，可通过调整极弧系数、槽口宽度改变气隙形状，达到改变气隙磁场分布，降低控制气隙磁场的谐波含量，进而改变气隙磁阻来达到调整B_r(nz/2p)的目的。