一種削弱永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種削弱永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，電機(jī)磁極分布于上盤轉(zhuǎn)子磁軛表面，所述電機(jī)的磁極沿轉(zhuǎn)子圓周方向分為若干組，每組具有若干相鄰磁極，除組內(nèi)第一外，其余磁極具有不同的機(jī)械偏移角度，指向第一磁極，通過確定電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩以及確定磁極偏移角度兩個(gè)步驟，各次諧波都得到有效削弱，對電機(jī)的極數(shù)多少?zèng)]有限制，不用區(qū)分電機(jī)是分?jǐn)?shù)槽還是整數(shù)槽，能夠指導(dǎo)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工程實(shí)際的應(yīng)用。
【專利說明】
-種削弱永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及永磁同步電機(jī)領(lǐng)域，具體為一種運(yùn)用于中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中削弱永 磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，永磁式風(fēng)力發(fā)電機(jī)所占的比重越來越大。齒槽轉(zhuǎn)矩直 接影響發(fā)電機(jī)的起動(dòng)和低速運(yùn)行性能。在永磁電機(jī)的運(yùn)行中，齒槽轉(zhuǎn)矩會引起輸出轉(zhuǎn)矩的 脈動(dòng)和噪聲，特別對電機(jī)低速運(yùn)行影響較大，同時(shí)也是影響系統(tǒng)控制精度的重要因素，當(dāng)前 削弱電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法主要有槽極配合法、斜槽、斜極、磁極偏移、輔助槽、極弧系數(shù)法、 優(yōu)化永磁體形狀等。運(yùn)些方法運(yùn)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，在工藝或者效果方面都有明顯的缺 點(diǎn)。
[0003] 磁極偏移方法因其簡單有效的特點(diǎn)受到了人們的關(guān)注，成為目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研 究和實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)。在研究過程中，最初集中針對極數(shù)為4或者8的電機(jī)。由于直驅(qū)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)有極數(shù)、槽數(shù)多等特點(diǎn)，在運(yùn)用時(shí)不僅計(jì)算極為繁雜、難度大，提高設(shè)計(jì)成本，而且在設(shè) 備制造時(shí)同樣頗為不易。隨后有學(xué)者提出了基于重復(fù)單元的磁極偏移方法，但是對于針對 分?jǐn)?shù)槽時(shí)運(yùn)個(gè)方法仍然太過復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為克服上述問題，提出一種削弱永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法， 方案簡單有效，對電機(jī)的極數(shù)多少?zèng)]有限制，不用區(qū)分電機(jī)是分?jǐn)?shù)槽還是整數(shù)槽，各次諧波 都得到有效削弱，能夠指導(dǎo)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)工程實(shí)際的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案包括磁極分布于上盤轉(zhuǎn)子磁輛表面的永磁同步電機(jī)，所述電機(jī) 的磁極沿轉(zhuǎn)子圓周方向分為若干組，每組具有若干相鄰磁極，除組內(nèi)第一外，其余磁極具有 不同的機(jī)械偏移角度，指向第一磁極，具體削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法為：
[0006] 第一步，確定電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，將電機(jī)齒的槽轉(zhuǎn)矩用能量法解析，假設(shè)電樞鐵屯、的 磁導(dǎo)率為無窮大，則電樞鐵屯、的磁阻近似于零，將電樞鐵忍中儲存的能量忽略不計(jì);此時(shí)， 電機(jī)的磁場能量W幾乎都存儲在電機(jī)氣隙和永磁體之中，即
[0007]
其中，氣隙磁密沿電樞表面的分布可近似表示 為
[000引則聯(lián)立(1)、（2)兩式之后可W得到：
X ? ,7
[0009]
[0010] 上述關(guān)系式中，Br(0)為永磁體剩磁;δ(θ，α)為有效氣隙長度;hm(0)永磁體充磁方 向長度，根據(jù)齒槽轉(zhuǎn)矩的定義可知，電機(jī)在不通電時(shí)磁場能量W對定轉(zhuǎn)子相對位置角α的負(fù) 導(dǎo)數(shù)即為齒槽轉(zhuǎn)矩，即 [0011
[0012] 在磁極均勻分布的電機(jī)中，齒槽轉(zhuǎn)矩是呈周期性變化的，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周齒槽轉(zhuǎn)矩 變化NS個(gè)周期。因此可通過傅里葉分解把齒槽轉(zhuǎn)矩表示為
[0013]
[0014] 在上述關(guān)系式中，化為電機(jī)槽數(shù)Z與電機(jī)計(jì)數(shù)化的最小公倍數(shù)；私,:。為傅里葉系數(shù)； α為電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的相對位置角；由于整個(gè)電機(jī)的齒槽可W看作是每個(gè)磁極作用的合成， 則沿著電機(jī)圓周方向的第j個(gè)永磁體的齒槽轉(zhuǎn)矩可W表示為
[0015]
[0016] 在上述關(guān)系式中，舞…攀爲(wèi)為第j個(gè)永磁體與定子齒的相對位置角，則整個(gè)電機(jī)的 合成齒槽轉(zhuǎn)矩可表示為
[0017]
[0018] 第二步，確定磁極偏移角度，假定把磁極沿轉(zhuǎn)子圓周方向分為k組，每組包括m(m = 2p/k)個(gè)相鄰磁極，每組磁極內(nèi)第一個(gè)磁極方向指向磁輛圓屯、，自第二個(gè)磁極起，令第m個(gè)磁 極偏移的機(jī)械角度為(m-1) X Θ ;則削弱第η次諧波時(shí)，θη的計(jì)算公式為
[0019]
[0020] 若0S1為單個(gè)定子齒所占的弧度，則每組單個(gè)定子齒所占的弧度的偏移角度πιθη滿 足
[0021]
[0022] 進(jìn)一步的，所述電機(jī)設(shè)置為極數(shù)30,槽數(shù)為45, W5個(gè)相鄰磁極為一組。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明中m = 3時(shí)的偏移方法圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明在Ansoft建模下的仿真結(jié)果對比圖，其中圖2(a)為磁極均勻分布的 建模圖，圖2(b)為采用本發(fā)明的偏移方法建模圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明運(yùn)用前后在仿真結(jié)果中的齒槽轉(zhuǎn)矩對比圖。
[0026] 圖4是本發(fā)明運(yùn)用前后在仿真結(jié)果中的諧波對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[00%]如圖2(b)所示，運(yùn)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的永磁同步電機(jī)，極數(shù)為30槽數(shù)為45,電機(jī)磁 極均勻分布于上盤轉(zhuǎn)子磁輛表面。選取5個(gè)相鄰磁極為一組，由上文給出的公式(2)可W算 得，每組磁極應(yīng)該偏移4個(gè)機(jī)械角度。其運(yùn)用結(jié)果如圖3及圖4所示。
[0029] W上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，運(yùn)些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種削弱永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，電機(jī)磁極分布于上盤轉(zhuǎn)子磁輒表面，其特 征在于，所述電機(jī)的磁極沿轉(zhuǎn)子圓周方向分為若干組，每組具有若干相鄰磁極，除組內(nèi)第一 外，其余磁極具有不同的機(jī)械偏移角度，指向第一磁極，具體削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的方法如下： 1) 確定電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，電機(jī)齒的槽轉(zhuǎn)矩采用能量法解析，假設(shè)電樞鐵心的磁導(dǎo)率為 無窮大，則電樞鐵心的磁阻近似于零，將電樞鐵芯中儲存的能量忽略不計(jì);此時(shí)，電機(jī)的磁 場能量W幾乎都存儲在電機(jī)氣隙和永磁體之中，其關(guān)系滿足上述關(guān)系式中，Br (Θ)為永磁體剩磁;δ (θ，α)為有效氣隙長度;hm( Θ)為永磁體充磁方向 長度，故電機(jī)在不通電時(shí)磁場能量對定轉(zhuǎn)子相對位置角的負(fù)導(dǎo)數(shù)即為齒槽轉(zhuǎn)矩;在磁極均 勾分布的電機(jī)中，電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周齒槽轉(zhuǎn)矩變化NS個(gè)周期，整個(gè)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩可表不為上述關(guān)系式中，NS為電機(jī)槽數(shù)Z與電機(jī)計(jì)數(shù)2P的最小公倍數(shù)，'心_為傅里葉系數(shù)，α為電 機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的相對位置角，餌'···朽)為第j個(gè)永磁體與定子齒的相對位置角； 2) 確定磁極偏移角度，假定把磁極沿轉(zhuǎn)子圓周方向分為k組，每組包括m(m = 2p/k)個(gè)相 鄰磁極，每組磁極內(nèi)第一個(gè)磁極方向指向磁輒圓心，自第二個(gè)磁極起，令第m個(gè)磁極按機(jī)械 角度為(m-l)X0偏移設(shè)置;則削弱第 n次諧波時(shí)，每組單個(gè)定子齒所占的弧度的偏移角度m θη滿足2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，其特征在于:所述電 機(jī)的極數(shù)為30,槽數(shù)為45,以5個(gè)相鄰磁極為一組。
【文檔編號】H02K1/27GK106059231SQ201610575070
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月21日
【發(fā)明人】陳亞新, 徐余法, 房建俊, 羅玉東
【申請人】上海電機(jī)學(xué)院