一种永磁同步电机磁钢分段斜极角的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及永磁同步电机优化设计领域，具体针对分数槽永磁同步电机转矩波动 周期性变化，提出一种磁钢分段斜极角的设计方法，以削弱负载时转矩波动，提高永磁同步 电机的控制精度。
【背景技术】
[0002] 机器人在焊接、喷涂、切割、装配等工业领域已经得到广泛的应用，且应用范围进 一步向民用、太空、深海等领域拓展，应用的规模也不断扩大。永磁同步电机由于结构简单、 损耗小、功率因数高、效率高、功率密度高、起动力矩大、温升低、轻量化等显著特点，被广泛 的应用于机器人领域。
[0003] 永磁同步电机是电气伺服系统的核心部件，对机器人而言，它是执行部件，而在伺 服系统内部，它又是伺服控制器的控制对象。因此，永磁同步电机是整个伺服系统的中心及 根本，其性能的高低直接决定了伺服系统最终性能的优劣。
[0004] 永磁同步电机存在一些缺陷，如转矩波动等。转矩波动会影响系统的控制精度，弓丨 起噪声和振动等。磁钢分段斜极以其加工工艺简单、生产加工成本低且能有效削弱齿谐波、 改善电机齿槽转矩，被国内外电机生产商所广泛采用。分段斜极的效果受转子分段数、分段 斜极角的影响。传统的磁钢分段斜极角是针对如何削弱齿槽转矩，根据齿槽转矩的波动周 期设计的，但负载时转矩波动周期和齿槽转矩的周期不同，因此，根据齿槽转矩周期设计的 分段斜极角在电机加载时对转矩波动的削弱效果往往十分有限。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对影响永磁同步电机控制精度的转矩波动问题，提出一种基于 转矩波动周期的磁钢分段斜极角的设计方法。磁钢分段斜极削弱齿槽转矩的原理是根据齿 槽转矩周期性，设计每段磁钢错移一个角度，使每段磁钢产生的齿槽转矩正负抵消，来达到 削弱齿槽转矩的目的。研宄中发现分数槽永磁同步电机转矩波动周期和齿槽转矩的周期不 同，且呈现出规律性周期变化。因此，借鉴齿槽转矩削弱原理，根据转矩波动的周期设计磁 钢分段斜极角能有效的削弱转矩波动。
[0006] 为达此目的，本发明技术方案如下：
[0007] 第一步，选择电机的槽数z和极对数p。根据电机的槽数和极对数计算每极每相槽
【主权项】
1. 本发明针对分数槽永磁同步电机转矩波动，提出一种磁钢分段斜极角的设计方法； 其特征是由电机的槽数Z和极对数P计算每极每相槽数
，根据传统方法计算 电机齿槽转矩次数k，齿槽转矩次数k除以N得到转矩波动次数K，进而得到转矩波动周期 角度Θ，由转矩波动周期角度计算磁钢总的斜极角度0sk，再根据分段数M确定每段斜极角 度其能有效的削弱永磁同步电机的转矩波动，而且公式计算简单，该方法仅需根据电 机的槽数z和极对数p，即可确定分段斜极角；包括以下几步骤： (1) 确定电机的槽数z和极对数p，计算每极每相槽数
(2) 计算电机齿槽转矩次数k ; (3) 齿槽转矩次数k除以N得到转矩波动次数K，进而得到转矩波动周期的角度Θ ; (4) 选择转子分段数M，工程常用转子分两段或三段，即M = 2或M = 3 ; (5) 由转矩波动周期角度Θ和磁钢分段数M计算转子分段斜极角度
2. 根据权利要求1中步骤（1) (2) (3)所述转矩波动周期计算方法，其特征是：由电机 的槽数ζ、极对数P及齿槽转矩次数k计算得到转矩波动次数Κ，进而得到转矩波动周期的 角度Θ ; 由电机的槽数z和极对数p计算每极每相槽数q ;
根据传统方法计算电机齿槽转矩次数k ; k = LCM (z, 2p) 齿槽转矩次数k除以N得到转矩波动次数K，进而得到转矩波动周期的角度Θ。
3. 根据权利要求1中（5)所述转子分段斜极角的设计方法，其特征是：由转矩波动周 期Θ和转子分段数M计算每段磁钢斜极角度β
其中，θsk= θ。
4. 根据权利要求1中步骤（1) (2) (3)所述转矩波动周期计算方法，转矩波动次数K还 可由以下方法计算得到：
其中，ζ为电机槽数、q为每极每相槽数。
【专利摘要】本发明针对分数槽永磁同步电机转矩波动，提出一种磁钢分段斜极角的设计方法。首先由电机的槽数和极对数计算每极每相槽数，根据传统方法计算电机齿槽转矩次数，齿槽转矩次数和每极每相槽数计算得到转矩波动次数，进而得到转矩波动周期角度，再根据磁钢分段数确定每段斜极角度。其能有效的削弱永磁同步电机的转矩波动，而且公式计算简单，该方法仅需根据电机的槽数和极对数，即可确定分段斜极角。
【IPC分类】H02K1-22, G06F19-00, H02K21-02
【公开号】CN104852491
【申请号】CN201510253527
【发明人】白瑞林, 于圣龙, 李新
【申请人】无锡信捷电气股份有限公司, 江南大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月14日