一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法技术

本申请涉及电机技术领域，尤其涉及一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，包括：在每个永磁体的表面上开设辅助槽，得到设槽电机；构建相应于设槽电机的仿真模型；分别对设槽电机在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度进行有限元仿真分析，相应地得到变化规律；通过响应面法拟合响应模型；通过混合遗传蚁群算法对响应模型进行求解，得到齿槽转矩的优化值。本申请通过在永磁体表面开槽，改变气息磁场的谐波分量，从而使气隙磁场的储能量发生变化，以及本申请通过在永磁体表面开槽，可改变电机气隙磁密波形，此外还具有工艺简单和还不影响电机其他特性的优点，可以有效减小齿槽转矩，提高电机控制精度。提高电机控制精度。提高电机控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法


[0001]本申请涉及电机
，尤其涉及一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法。

技术介绍

[0002]随着永磁材料性能的不断提高，永磁电机越来越广泛地应用于高性能的控制系统中。
[0003]相较于传统的电励磁电机，永磁电机具有体积小、重量轻、能量密度高、效率和功率因数高等优点。
[0004]然而，永磁体和定子齿槽相互作用产生的的齿槽转矩是永磁电机特有的问题，导致转矩波动，引起振动和噪声，影响系统的控制精度，所以减小永磁电机的齿槽转矩尤为重要。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，能够解决现有技术中无法通过减小永磁电机的齿槽转矩对齿槽转矩进行优化的问题。
[0006]本申请提供了一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，包括
[0007]一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，包括：
[0008]S1：在表贴式永磁同步电机的每个永磁体的表面上均匀开设若干个辅助槽，得到设槽电机；
[0009]S2：基于有限元软件，构建相应于设槽电机的表贴式永磁电机仿真模型；
[0010]S3：根据表贴式永磁电机仿真模型，分别对设槽电机在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度进行有限元仿真分析，相应地得到设槽电机分别在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度下齿槽转矩的变化规律；r/>[0011]S4：依据变化规律，通过响应面法拟合齿槽转矩关于磁极偏心距、辅助操半径和辅助槽递增角度的响应模型；
[0012]S5：通过混合遗传蚁群算法对响应模型进行求解，得到齿槽转矩的优化值。
[0013]可选地，每个所述永磁体上的辅助槽均呈对称分布；
[0014]以及，相邻磁极中辅助槽的位置呈依次偏转设置。
[0015]可选地，所述辅助槽的设置形状为半圆形；
[0016]以及，取永磁体的中心线作为对称轴，半圆形的辅助槽关于永磁体的中心线呈中心对称设置。
[0017]可选地，下一相邻磁极上半圆形的辅助槽的位置角相较上一磁极半圆形的辅助槽的位置角向两侧递增相同的角度。
[0018]可选地，所述方法还包括：
[0019]S6：构建可批量化计算的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化平台；
[0020]所述优化平台以设槽电机的参数为输入值，以及以输入值构建相应的仿真模型，以及分别对设槽电机在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度进行有限元仿真分析，相应地得到设槽电机分别在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度下齿槽转矩的变化规律，以及通过响应面法拟合齿槽转矩关于磁极偏心距、辅助操半径和辅助槽递增角度的响应模型，以及通过混合遗传蚁群算法对响应模型进行求解，得到齿槽转矩的优化值。
[0021]可选地，所述有限元软件为Maxwell。
[0022]可选地，所述响应面法基于响应面软件实施；
[0023]以及，所述响应面软件为Design
‑
Expert.V8.0.6.1。
[0024]有益效果：
[0025]本申请通过在永磁体表面开槽，改变气息磁场的谐波分量，从而使气隙磁场的储能量发生变化，以及本申请通过在永磁体表面开槽，可改变电机气隙磁密波形，此外还具有工艺简单和还不影响电机其他特性的优点，与定子齿开辅助槽相比，机械特性好，容易达到效果，可以有效减小齿槽转矩，提高电机控制精度，因此，本申请能够解决现有技术中无法通过减小永磁电机的齿槽转矩对齿槽转矩进行优化的问题。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本申请实施例中基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法的流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
[0029]齿槽转矩是永磁电机定子绕组不通电的前提下，转子磁极和定子铁心之间相互作用产生的转矩，体现了永磁体磁极与电枢齿槽之间相互作用力的切向分量谐波。定义为电机不通电时磁场能量W相对转子位置角α的负导数。数学表达式为：
[0030][0031]磁场能量近似为电机气隙和永磁体中的磁场能量，即：
[0032][0033]式中：μ0是空气磁导率，B为气隙磁密。由上述两个公式可以看出，齿槽转矩的大小
受气隙磁场储能的影响。
[0034]永磁电机齿槽转矩是由电机的物理结构引起。齿槽转矩是永磁体与电枢齿槽结构之间相互作用力的切向分量的波动引起的一种振荡转矩，这种作用力试图将电枢齿和永磁体的位置保持对齐。该转矩与绕组通电与否无关，是永磁电机特有的一种现象。由于齿槽转矩会引起转矩波动，进而可能带来电机的振动和噪声；另外，伺服驱动系统的控制特性和运行可靠性、电机速度控制系统中的低速性能与位置控制系统中的高精度定位也会在一定程度上受到影响，所以降低齿槽转矩尤为重要。
[0035]本申请实施例通过在永磁体表面开槽，改变气息磁场的谐波分量，从而使气隙磁场的储能量发生变化，以及本申请实施例是在永磁体表面开槽，旨在改变电机气隙磁密波形，工艺简单，不影响电机其他特性，与定子齿开辅助槽相比，机械特性好，容易达到效果，可以有效减小齿槽转矩，提高电机控制精度。
[0036]本申请实施例提供了一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，如图1所示，图1为本申请实施例中基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法的流程示意图，包括：
[0037]S1：在表贴式永磁同步电机的每个永磁体的表面上均匀开设若干个辅助槽，得到设槽电机。
[0038]具体地，本申请实施例通过在永磁体表面开槽，改变电机的气隙磁密，使气隙储能量发生变化，最终减小电机的齿槽转矩。
[0039]电机采用整数槽分布绕组，即每极每相槽数为整数的分布绕组。其定子磁动势中仅含有奇数次谐波，主要谐波次数为KZ
S
/P
±
1(K＝1,2,
…
)，其中Z
S
表示定子槽数，P表示极对数。
[0040]选择较大的槽数能够增大定子磁动势主要谐波次数，使定子磁动势趋于正弦分布。
[0041]其中，辅助槽的设置形状为半圆形，每个永磁体上的辅助槽均呈对称分布，即相邻磁极中辅助槽的位置呈依次偏转设置。
[0042]下一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，包括：S1：在表贴式永磁同步电机的每个永磁体的表面上均匀开设若干个辅助槽，得到设槽电机；S2：基于有限元软件，构建相应于设槽电机的表贴式永磁电机仿真模型；S3：根据表贴式永磁电机仿真模型，分别对设槽电机在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度进行有限元仿真分析，相应地得到设槽电机分别在不同磁极偏心距、不同的辅助槽半径和相邻磁极辅助槽不同递增角度下齿槽转矩的变化规律；S4：依据变化规律，通过响应面法拟合齿槽转矩关于磁极偏心距、辅助操半径和辅助槽递增角度的响应模型；S5：通过混合遗传蚁群算法对响应模型进行求解，得到齿槽转矩的优化值。2.根据权利要求1所述的一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，每个所述永磁体上的辅助槽均呈对称分布；以及，相邻磁极中辅助槽的位置呈依次偏转设置。3.根据权利要求2所述的一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽转矩优化方法，其特征在于，所述辅助槽的设置形状为半圆形；以及，取永磁体的中心线作为对称轴，半圆形的辅助槽关于永磁体的中心线呈中心对称设置。4.根据权利要求3所述的一种基于辅助槽的表贴式永磁同步电机齿槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：白文博，冉华军，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：