CN106941285A - 削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法 - Google Patents

削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，包括步骤：利用一电磁仿真软件建立一二维电机模型；设置二维电机模型的永磁体参数；根据永磁体参数获得一前极永磁体极弧系数组；对二维电机模型进行仿真获得齿槽转矩峰峰值曲线图；根据齿槽转矩峰峰值曲线图获取一最佳前极永磁体极弧系数；根据最佳前极永磁体极弧系数计算一后极永磁体极弧系数；采用复合永磁体作为一目标永磁轮毂电机的永磁体；通过最佳前极永磁体极弧系数和后极永磁体极弧系数确定第一永磁材料和第二永磁材料的用料比例。本发明的一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，具有体积小、电机运行效率高、电机运行可靠性强和可适用性强的优点。

Description

削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法
技术领域
本发明涉及抑制永磁同步电机齿槽转矩领域，尤其涉及一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法。
背景技术
齿槽转矩是永磁同步电机的固有特性，是定子电枢和永磁体相互作用，引起气隙的不均匀分布而产生的齿槽转矩，它是引起电机噪声和振动的主要原因；齿槽转矩的存在会影响电机的运行稳定性和性能，齿槽转矩的抑制一直是永磁同步电机研究的热点问题。目前存在削弱齿槽转矩的方法主要有斜槽、采用不等槽口宽、极槽配合、开辅助槽、斜极、磁极偏移等，其主要通过改变永磁体剩磁密度、电枢参数及极槽比的方法削弱永磁同步电机的齿槽转矩。
斜槽法是目前应用最广泛且最有效的齿槽转矩削弱法，定子齿槽相对于转子磁极倾斜一个定子齿距，就可以完全消除齿槽转矩。但在实际工程应用中，由于电机永磁材料的分散性及电机铁心较短或电机槽数较少时，斜槽法实现起来较为困难，同时也增加了电机的加工难度。采用不等槽口宽配合时，当电机的电枢参数为偶数时，可以通过调整相邻两槽口宽的大小来减小齿槽转矩；但采用不等槽口宽削弱齿槽转矩对于电枢参数为奇数时反而使电机的齿槽转矩增大，此外，槽口宽度的确定还受导线线径、嵌线方式等影响，很难做到结构上槽口宽度的合理。合理的选择极槽配合，使一个齿距内齿槽转矩的周期数增多，可以很好地削弱电机的齿槽转矩，但实际电机设计时电机的极槽数已经给出，很难再根据理论分析选择合理地极槽组合进行齿槽转矩的削弱。此外，合理地开辅助槽可以有效地削弱电机的齿槽转矩，但齿槽转矩的尺寸和开槽数目很难确定，若开辅助槽尺寸和数目设计的不当会导致电机的齿槽转矩大幅度的增加，同时也会增加了电机的加工难度，降低了电机的效率和运行性能。而斜极和磁极偏移是通过改变永磁体的形状进行电机的齿槽转矩削弱，会引起电机永磁材料的浪费和加工的困难。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，具有体积小、电机运行效率高、电机运行可靠性强和可适用性强的优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，包括步骤：
S1：利用一电磁仿真软件建立一二维电机模型；
S2：设置所述二维电机模型的永磁体参数，所述永磁体参数包括一前极永磁体极弧系数初值、一变化范围和一步长；
S3：根据所述永磁体参数获得一前极永磁体极弧系数组，所述前极永磁体极弧系数组包括多个前极永磁体极弧系数；
S4：根据所述永磁体参数并利用所述电磁仿真软件对所述二维电机模型进行仿真，获得一固定时间段内各所述前极永磁体极弧系数所对应的齿槽转矩峰峰值曲线图；
S5：根据所述齿槽转矩峰峰值曲线图获取一最佳前极永磁体极弧系数；
S6：根据所述最佳前极永磁体极弧系数计算一后极永磁体极弧系数；
S7：采用复合永磁体作为一目标永磁轮毂电机的永磁体，所述复合永磁体N极或S极与转子转向的同向端采用一第一永磁材料，所述复合永磁体N极或S极与转子转向的反向端采用一第二永磁材料；通过所述最佳前极永磁体极弧系数和所述后极永磁体极弧系数确定所述第一永磁材料和所述第二永磁材料的用料比例。
优选地，所述电磁仿真软件采用Ansoft Maxwell仿真软件。
优选地，所述S5步骤中：选取所述齿槽转矩峰峰值曲线图中齿槽转矩峰峰值最小的一所述前极永磁体极弧系数作为所述最佳前极永磁体极弧系数。
优选地，所述S6步骤中，通过所述后极永磁体极弧系数与所述最佳前极永磁体极弧系数的和等于所述目标永磁轮毂电机的总体极弧系数，计算获得所述后极永磁体极弧系数。
优选地，所述S7步骤中，所述第一永磁材料和所述第二永磁材料采用所述用料比例后，所述第一永磁材料的极弧系数为所述最佳前极永磁体极弧系数；所述第二永磁材料的极弧系数为所述后极永磁体极弧系数。
优选地，所述第一永磁材料采用铁氧体永磁体材料。
优选地，所述S7步骤中，所述第二永磁材料采用钕铁硼永磁材料。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
由不同材料组合的复合永磁体，使得永磁轮毂电机的剩磁分布不同，提高了永磁轮毂电机的效率和运行可靠性，同时不会造成永磁材料地浪费和电机体积地增加。同时，永磁体的前极部分采用性能较低且价格便宜的铁氧体永磁体材料；而后极采用性能较高的钕铁硼永磁材料，从而在提高永磁轮毂电机运行效率和运行稳定性的基础上，同时降低了永磁轮毂电机的齿槽转矩和生产成本。另外，本发明的方法具有很强的可适应性。
附图说明
图1为本发明实施例的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法的流程图；
图2为本发明实施例的二维电机模型的部分结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图1～图2，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1和图2，本发明实施的一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，包括步骤：
S1：利用一电磁仿真软件建立一二维电机模型；本实施例中，电磁仿真软件采用Ansoft Maxwell仿真软件。
S2：设置二维电机模型的永磁体参数，永磁体参数包括一前极永磁体极弧系数初值、一变化范围和一步长。例如：可将前极永磁体极弧系数初值设置为0.5，变化范围设置为0.05～0.5，步长设置为0.05。另外，永磁体参数还可包括永磁体结构、矫顽力值、充磁方向、磁场强度等。永磁体参数用于保证二维电机模型仿真步骤的正常运行。
S3：根据永磁体参数获得一前极永磁体极弧系数组，前极永磁体极弧系数组包括多个前极永磁体极弧系数；按照本实施例的永磁体参数，前极永磁体极弧系数组包括的前极永磁体极弧系数：0.1、0.25、0.35、0.4和0.45。
S4：根据永磁体参数并利用电磁仿真软件对二维电机模型进行仿真，获得一固定时间段内各前极永磁体极弧系数所对应的齿槽转矩峰峰值曲线图。
S5：根据齿槽转矩峰峰值曲线图获取一最佳前极永磁体极弧系数。
具体地，选取齿槽转矩峰峰值曲线图中齿槽转矩峰峰值最小的一前极永磁体极弧系数作为最佳前极永磁体极弧系数。
例如：前极永磁体极弧系数为0.1时，齿槽转矩峰峰值为0.7759N.m；前极永磁体极弧系数为0.25时，齿槽转矩峰峰值为1.5188N.m；前极永磁体极弧系数为0.35时，齿槽转矩峰峰值为1.7995N.m；前极永磁体极弧系数为0.4时，齿槽转矩峰峰值为2.2458N.m；前极永磁体极弧系数为0.45时，齿槽转矩峰峰值为1.4554N.m；此时，选择齿槽转矩峰峰值曲线图中齿槽转矩峰峰值最小的前极永磁体极弧系数0.1作为最佳前极永磁体极弧系数。
S6：根据最佳前极永磁体极弧系数计算一后极永磁体极弧系数。
具体地，通过后极永磁体极弧系数与最佳前极永磁体极弧系数的和等于目标永磁轮毂电机的总体极弧系数，计算获得后极永磁体极弧系数。
例如：最佳前极永磁体极弧系数为0.1，本实施例中，目标永磁轮毂电机的总体极弧系数为1，则本实施例中的后极永磁体极弧系数等于1-0.1＝0.9。
S7：采用复合永磁体1作为一目标永磁轮毂电机的永磁体，复合永磁体1的N极或S极与转子2转向的同向端采用一第一永磁材料11，复合永磁体的N极或S极与转子2转向的反向端采用一第二永磁材料12；通过最佳前极永磁体极弧系数和后极永磁体极弧系数确定第一永磁材料11和第二永磁材料12的用料比例。
其中，第一永磁材料11和第二永磁材料12采用用料比例后，第一永磁材料11的极弧系数为最佳前极永磁体极弧系数；第二永磁材料12的极弧系数为后极永磁体极弧系数。即本实施例中，按照本实施中实例中的参数，第一永磁材料11的极弧系数为0.1；第二永磁材料12的极弧系数为0.9。
本实施例中，第一永磁材料11采用铁氧体永磁体材料，第二永磁材料12采用钕铁硼永磁材料。
永磁轮毂电机的齿槽转矩主要是转子2的永磁体与定子3电枢相互作用引起气隙不均匀变化，引起永磁轮毂电机气隙磁场变化而产生的齿槽转矩。气隙磁密的变化与永磁轮毂电机永磁体的极弧系数密切相关。本实施例在不改变永磁体形状的前提下，通过将第一永磁材料11和第二永磁材料12按一定的比例进行组合获得复合永磁体，在永磁轮毂电机中，不同材料组合的复合永磁体，永磁轮毂电机的剩磁分布不同，单一磁极的气隙磁密的变化会导致永磁轮毂电机的电动势波形及齿槽转矩的变化，故可通过选择合适的永磁体比例组合尺寸来降低永磁轮毂电机的齿槽转矩，提高永磁轮毂电机的效率和运行可靠性。同时，永磁体的前极部分采用性能较低且价格便宜的铁氧体永磁体材料；而后极采用性能较高的钕铁硼永磁材料，从而在提高永磁轮毂电机运行效率和运行稳定性的基础上，同时降低了永磁轮毂电机的齿槽转矩和生产成本。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，包括步骤：
S1：利用一电磁仿真软件建立一二维电机模型；
S2：设置所述二维电机模型的永磁体参数，所述永磁体参数包括一前极永磁体极弧系数初值、一变化范围和一步长；
S3：根据所述永磁体参数获得一前极永磁体极弧系数组，所述前极永磁体极弧系数组包括多个前极永磁体极弧系数；
S4：根据所述永磁体参数并利用所述电磁仿真软件对所述二维电机模型进行仿真，获得一固定时间段内各所述前极永磁体极弧系数所对应的齿槽转矩峰峰值曲线图；
S5：根据所述齿槽转矩峰峰值曲线图获取一最佳前极永磁体极弧系数；
S6：根据所述最佳前极永磁体极弧系数计算一后极永磁体极弧系数；
S7：采用复合永磁体作为一目标永磁轮毂电机的永磁体，所述复合永磁体N极或S极与转子转向的同向端采用一第一永磁材料，所述复合永磁体N极或S极与转子转向的反向端采用一第二永磁材料；通过所述最佳前极永磁体极弧系数和所述后极永磁体极弧系数确定所述第一永磁材料和所述第二永磁材料的用料比例。
2.根据权利要1所述的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，其特征在于，所述电磁仿真软件采用Ansoft Maxwell仿真软件。
3.根据权利要1所述的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，其特征在于，所述S5步骤中：选取所述齿槽转矩峰峰值曲线图中齿槽转矩峰峰值最小的一所述前极永磁体极弧系数作为所述最佳前极永磁体极弧系数。
4.根据权利要3所述的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，其特征在于，所述S6步骤中，通过所述后极永磁体极弧系数与所述最佳前极永磁体极弧系数的和等于所述目标永磁轮毂电机的总体极弧系数，计算获得所述后极永磁体极弧系数。
5.根据权利要4所述的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，其特征在于，所述S7步骤中，所述第一永磁材料和所述第二永磁材料采用所述用料比例后，所述第一永磁材料的极弧系数为所述最佳前极永磁体极弧系数；所述第二永磁材料的极弧系数为所述后极永磁体极弧系数。
6.根据权利要5所述的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，其特征在于，所述第一永磁材料采用铁氧体永磁体材料。
7.根据权利要6所述的削弱永磁轮毂电机齿槽转矩的方法，其特征在于，所述S7步骤中，所述第二永磁材料采用钕铁硼永磁材料。
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