[发明专利]一种低脉动反余弦加三次谐波辅助凸极式辐向永磁电机及气隙谐波优化的方法

权利要求书

1.低脉动反余弦加三次谐波辅助凸极式辐向永磁电机，其特征在于，该电机包括外定子1、辐向内转子2、嵌在定子槽中的整数槽分布绕组4，所述内转子2外沿增设反余弦加三次谐波辅助凸极，为对称结构，极弧角度相等，使得内转子2形成8个转子铁芯和8个永磁体3，所述永磁体3内置在内转子上，相邻永磁体3极性交错分布。

2.根据权利要求1所述的低脉动反余弦加三次谐波辅助凸极式辐向永磁电机，其特征在于，辅助凸极和内转子2相连且为硅钢材料。

3.根据权利要求1所述的低脉动反余弦加三次谐波辅助凸极式辐向永磁电机，其特征在于，该电机采用五相绕组4布置，每相绕组4由4个线圈串连而成，绕组4每个线包为40匝，电机的槽满率为0.51。

4.低脉动反余弦加三次谐波辅助凸极式辐向永磁电机气隙谐波优化降低矩脉动抑制方法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤1，对目标电机的极槽配比进行分析，根据内转子2极数和定子槽数的关系，计算一个电周期内转矩脉动的波动周期数，确定其总体波动趋势；

步骤2，提出一种带有对称辅助凸极的辐向永磁同步电机，并基于此对辅助凸极采取反余弦加三次谐波的修型方法；

步骤3，根据转矩脉动产生的原理，确定影响永磁同步电机转矩脉动的转子磁动势谐波阶次，然后根据转子气隙磁密和转子磁动势成正比的关系，确定影响转矩脉动的转子气隙磁密的谐波阶次，由于三次谐波不是引起转矩脉动的主要谐波，因此确定注入三次谐波；

步骤4，给出气隙磁密的公式，根据正弦气隙磁密，推导出气隙长度和转子角度的关系式，随后注入三次谐波，选取最佳的三次谐波幅值；

步骤5，为了削弱引起一、二阶转矩脉动的主要谐波，需推导出反余弦加三次谐波型辅助凸极最大厚度和极弧系数的公式，进而选取最优的最大转子角度、最大厚度、极弧系数，以获得低转矩脉动并减少平均转矩损失。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1中的转矩脉动的波动周期数计算公式为：

其中，v表示一个电周期内转矩脉动的波动周期数，S表示电机的槽数，p表示电机的极对数，N_2ps表示电机槽数与极数的最小公倍数，N_2ps＝LCM(S，2p)。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤2中的带有辅助凸极的辐向永磁同步电机是在内转子2外沿增设辅助凸极，辅助凸极和内转子2相连且为硅钢材料，使得各内转子2单元形成凸字型，后对辅助凸极采取反余弦加三次谐波修型方法。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，永磁同步电机的转矩脉动的计算公式为：

其中，T_pul表示输出转矩平均值，其中μ₀是空气的磁导率，g是气隙长度，p为极对数，r_g是中间气隙的半径，L是叠片堆叠长度，γ_d表示为电流角，h为谐波阶次，F_sh和F_rh分别为h阶定子和转子磁动势；所以能够产生转矩脉动的定转子磁动势谐波阶次为：h＝10m±1，m＝1,2,3…，由于转子气隙磁密和转子磁动势成正比，则影响转矩脉动的转子气隙磁密的谐波阶次同为：h＝10m±1，m＝1,2,3…。