[发明专利]一种削弱内置式V型永磁同步电机齿槽转矩的方法

权利要求书

1.一种削弱内置式V型永磁同步电机齿槽转矩的方法，具体步骤如下：

步骤S1，确立齿槽转矩解析式，永磁同步电机齿槽转矩定义为电机不通电时磁场能量W对定转子相对位置角α的负导数：

式中，W为电机不通电时磁场能量电机不通电时磁场能量，α为定子和转子相对位置角，T_cog为齿槽转矩；

步骤S2，确立电机不通电时的磁场能量为：式中，B为磁密，θ为沿转子旋转方向变化的角度，B_r(θ)为永磁体剩磁，h_m为永磁体充磁方向长度周向分布，g(θ,α)为有效气隙长度；

步骤S3，B_r²(θ)的傅里叶分解，式中，α_p为极弧系数，B_r0为B_r²(θ)傅里叶展开后的直流分量，B_rn为B_r²(θ)傅里叶展开后的各次谐波分量幅值，p为电机极对数；

步骤S4，的傅里叶分解，由于采用转子侧开设辅助槽以削弱齿槽转矩，因此可将气隙g(θ,α)以气隙中心圆为界分成定子侧气隙g_s(θ,α)和转子侧气隙g_r(θ,α)；

步骤S5，g_s(θ,α)的傅里叶分解：g_r(θ,α)的傅里叶分解：式中，Z₁为定子槽数，p为转子极数；

步骤S6，的傅里叶分解可以近似展开为：

步骤S7，将各项代入齿槽转矩解析式中可得转子开设辅助槽后的齿槽转矩解析式为：

式中，L_Fe为定转子铁芯长度，R_s为定子内径，R_r为转子外径，μ₀磁场常数；

步骤S8：将转子开设辅助槽后的齿槽转矩解析式(1.1)和转子未开设辅助槽时的齿槽转矩解析式(1.2)对比可知：

A.只有选择合适的磁极参数、电枢参数、电枢槽数和极数匹配才可优化齿槽转矩；

B.由于采用转子上开设辅助槽既改变了B_r²(θ)的各次谐波又改变了磁导谐波；

因此存在磁导谐波的得到了优化，但是气隙磁密谐波含量却增加的可能，这样虽然电机齿槽转矩得到了优化，但是输出转矩脉动却因为磁导谐波的增加而增加，因此选择转子辅助槽优化电机齿槽转矩时，需要确定气隙磁密谐波含量是否大幅增加；

步骤S9，基于转子开设辅助槽后的齿槽转矩式，针对内置式V型永磁同步电机，在转子侧开设非对称性辅助槽以优化齿槽转矩；

步骤S10，利用Maxwell仿真软件建立内置式V型永磁同步电机仿真模型；

步骤S11，基于2D仿真模型，在其转子侧开设2个非对称性辅助槽，并且这两个非对称性辅助槽沿着d轴对称，其中，θ为两个辅助槽的槽位置、Depth为辅助槽槽深、Width为辅助槽槽口宽；

步骤S12，参数化辅助槽槽位置θ；参数化辅助槽槽深Depth；参数化辅助槽槽口宽Width；

步骤S13，在瞬态磁场求解器下，设定内置式V型永磁同步电机的转速为1°/s，并设定输入电流激励为0A，拟计算齿槽转矩曲线；

步骤S14，通过Maxwell软件计算不同槽位置θ、槽深Depth和槽口宽Width下电机的齿槽转矩曲线，查找出其中齿槽转矩峰值最小T_{cog_peak_min}时对应的槽位置θ_best、槽深Depth_best和槽口宽Width_best，称其为非对称性辅助槽的最佳槽尺寸；

步骤S15，对比开槽前后，内置式V型永磁同步电机的齿槽转矩曲线；

步骤S16，在静磁场求解器下，对电机输入电流为零，求解电机转子上开设的非对称性辅助槽为最佳槽尺寸时电机的空载气隙磁密曲线；

步骤S17，对步骤S15中的空载气隙磁密曲线进行快速傅里叶分析，得到空载气隙磁密基波幅值和空载气隙磁密各次谐波幅值；

步骤S18，将步骤S17气隙磁密基波幅值和气隙磁密各次谐波幅值代入第一预设公式计算，得出空载气隙磁密波形畸变率，其中，R_THD为空载气隙磁密波形畸变率，B₁空载气隙磁密基波幅值，B_n空载气隙磁密各次谐波幅值；

步骤S19，若电机开槽前后的空载气隙磁密波形畸变率不变或者减小，则表明该转子辅助槽槽尺寸可对内置式V型永磁同步电机进行优化，反之则不可；

步骤S20，在瞬态磁场求解器下，确保内置式V型永磁同步电机转速保持在额定转速不变的条件下，对电机输入额定电流，求解电机转子上开设的非对称性辅助槽为最佳槽尺寸时电机的输出转矩曲线；

步骤S21，分析步骤S20中电机的输出转矩曲线获得输出转矩的最大值T_{out_max}和最小值T_{out_min}；

步骤S22，将步骤S20所述输出转矩的最大值和最小值代入第二预设公式计算，得出输出转矩脉动系数，其中K_R为转矩脉动系数，T_{out_max}为输出转矩最大值，T_{out_min}为输出转矩最小值；

步骤S23，若电机开槽前后的输出转矩脉动系数减小，则表明该转子辅助槽槽尺寸在保证空载气隙磁密波形畸变率不变或者减小的条件下，通过削弱齿槽转矩减小了转矩脉动。