一种削弱永磁同步电机齿槽转矩的方法
【专利摘要】本发明公开了一种削弱永磁同步电机齿槽转矩的方法，电机磁极分布于上盘转子磁轭表面，所述电机的磁极沿转子圆周方向分为若干组，每组具有若干相邻磁极，除组内第一外，其余磁极具有不同的机械偏移角度，指向第一磁极，通过确定电机的齿槽转矩以及确定磁极偏移角度两个步骤，各次谐波都得到有效削弱，对电机的极数多少没有限制，不用区分电机是分数槽还是整数槽，能够指导永磁直驱风力发电机工程实际的应用。
【专利说明】
-种削弱永磁同步电机齿槽转矩的方法
技术领域
[0001] 本发明设及永磁同步电机领域，具体为一种运用于中小型风力发电机组中削弱永 磁同步电机齿槽转矩的方法。
【背景技术】
[0002] 在中小型风力发电机组中，永磁式风力发电机所占的比重越来越大。齿槽转矩直 接影响发电机的起动和低速运行性能。在永磁电机的运行中，齿槽转矩会引起输出转矩的 脉动和噪声，特别对电机低速运行影响较大，同时也是影响系统控制精度的重要因素，当前 削弱电机齿槽转矩的方法主要有槽极配合法、斜槽、斜极、磁极偏移、辅助槽、极弧系数法、 优化永磁体形状等。运些方法运用在风力发电机组中，在工艺或者效果方面都有明显的缺 点。
[0003] 磁极偏移方法因其简单有效的特点受到了人们的关注，成为目前风力发电机组研 究和实际应用的热点。在研究过程中，最初集中针对极数为4或者8的电机。由于直驱风力发 电机有极数、槽数多等特点，在运用时不仅计算极为繁杂、难度大，提高设计成本，而且在设 备制造时同样颇为不易。随后有学者提出了基于重复单元的磁极偏移方法，但是对于针对 分数槽时运个方法仍然太过复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为克服上述问题，提出一种削弱永磁同步电机齿槽转矩的方法， 方案简单有效，对电机的极数多少没有限制，不用区分电机是分数槽还是整数槽，各次谐波 都得到有效削弱，能够指导永磁直驱风力发电机工程实际的应用。
[0005] 本发明的技术方案包括磁极分布于上盘转子磁辆表面的永磁同步电机，所述电机 的磁极沿转子圆周方向分为若干组，每组具有若干相邻磁极，除组内第一外，其余磁极具有 不同的机械偏移角度，指向第一磁极，具体削弱齿槽转矩的方法为：
[0006] 第一步，确定电机的齿槽转矩，将电机齿的槽转矩用能量法解析，假设电枢铁屯、的 磁导率为无穷大，则电枢铁屯、的磁阻近似于零，将电枢铁忍中储存的能量忽略不计;此时， 电机的磁场能量W几乎都存储在电机气隙和永磁体之中，即
[0007]
其中，气隙磁密沿电枢表面的分布可近似表示 为
[000引则联立(1)、（2)两式之后可W得到：
X ? ,7
[0009]
[0010] 上述关系式中，Br(0)为永磁体剩磁;δ(θ，α)为有效气隙长度;hm(0)永磁体充磁方 向长度，根据齿槽转矩的定义可知，电机在不通电时磁场能量W对定转子相对位置角α的负 导数即为齿槽转矩，即 [0011
[0012] 在磁极均匀分布的电机中，齿槽转矩是呈周期性变化的，电机旋转一周齿槽转矩 变化NS个周期。因此可通过傅里叶分解把齿槽转矩表示为
[0013]
[0014] 在上述关系式中，化为电机槽数Z与电机计数化的最小公倍数；私,:。为傅里叶系数； α为电机转子与定子的相对位置角；由于整个电机的齿槽可W看作是每个磁极作用的合成， 则沿着电机圆周方向的第j个永磁体的齿槽转矩可W表示为
[0015]
[0016] 在上述关系式中，舞…攀爲为第j个永磁体与定子齿的相对位置角，则整个电机的 合成齿槽转矩可表示为
[0017]
[0018] 第二步，确定磁极偏移角度，假定把磁极沿转子圆周方向分为k组，每组包括m(m = 2p/k)个相邻磁极，每组磁极内第一个磁极方向指向磁辆圆屯、，自第二个磁极起，令第m个磁 极偏移的机械角度为(m-1) X Θ ;则削弱第η次谐波时，θη的计算公式为
[0019]
[0020] 若0S1为单个定子齿所占的弧度，则每组单个定子齿所占的弧度的偏移角度πιθη满 足
[0021]
[0022] 进一步的，所述电机设置为极数30,槽数为45, W5个相邻磁极为一组。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明中m = 3时的偏移方法图。
[0024] 图2是本发明在Ansoft建模下的仿真结果对比图，其中图2(a)为磁极均匀分布的 建模图，图2(b)为采用本发明的偏移方法建模图。
[0025] 图3是本发明运用前后在仿真结果中的齿槽转矩对比图。
[0026] 图4是本发明运用前后在仿真结果中的谐波对比图。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
[00%]如图2(b)所示，运用于风力发电机组的永磁同步电机，极数为30槽数为45,电机磁 极均匀分布于上盘转子磁辆表面。选取5个相邻磁极为一组，由上文给出的公式(2)可W算 得，每组磁极应该偏移4个机械角度。其运用结果如图3及图4所示。
[0029] W上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，运些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等同物界定。
【主权项】
1. 一种削弱永磁同步电机齿槽转矩的方法，电机磁极分布于上盘转子磁辄表面，其特 征在于，所述电机的磁极沿转子圆周方向分为若干组，每组具有若干相邻磁极，除组内第一 外，其余磁极具有不同的机械偏移角度，指向第一磁极，具体削弱齿槽转矩的方法如下： 1) 确定电机的齿槽转矩，电机齿的槽转矩采用能量法解析，假设电枢铁心的磁导率为 无穷大，则电枢铁心的磁阻近似于零，将电枢铁芯中储存的能量忽略不计;此时，电机的磁 场能量W几乎都存储在电机气隙和永磁体之中，其关系满足上述关系式中，Br (Θ)为永磁体剩磁;δ (θ，α)为有效气隙长度;hm( Θ)为永磁体充磁方向 长度，故电机在不通电时磁场能量对定转子相对位置角的负导数即为齿槽转矩;在磁极均 勾分布的电机中，电机旋转一周齿槽转矩变化NS个周期，整个电机的齿槽转矩可表不为上述关系式中，NS为电机槽数Z与电机计数2P的最小公倍数，'心_为傅里叶系数，α为电 机转子与定子的相对位置角，饵'···朽)为第j个永磁体与定子齿的相对位置角； 2) 确定磁极偏移角度，假定把磁极沿转子圆周方向分为k组，每组包括m(m = 2p/k)个相 邻磁极，每组磁极内第一个磁极方向指向磁辄圆心，自第二个磁极起，令第m个磁极按机械 角度为(m-l)X0偏移设置;则削弱第 n次谐波时，每组单个定子齿所占的弧度的偏移角度m θη满足2. 根据权利要求1所述的一种削弱永磁同步电机齿槽转矩的方法，其特征在于:所述电 机的极数为30,槽数为45,以5个相邻磁极为一组。
【文档编号】H02K1/27GK106059231SQ201610575070
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】陈亚新, 徐余法, 房建俊, 罗玉东
【申请人】上海电机学院