CN108365721A - 一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法以及永磁同步电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，首先，含有正弦的函数组成一个凸极，凸极经过圆周阵列形成电机转子外圆，或电机转子外圆为不能用函数描述的线条组成，测试电机反电势波形，通过傅利叶变换分解出谐波的次数和幅值，接着含有正弦的函数减去谐波的函数，组成一个新的凸极，新的凸极经过圆周阵列最终形成电机转子外圆。本方法做出的电机气隙呈正弦分布，同时外圆函数减去了反电势谐波函数，从反电势谐波产生的结果上去抑制，原理简单有效，可操作性强，电机反电势谐波含量低，力矩波动小，震动噪声低。
Description
本发明是一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法及其永磁同步电机，特别涉及一种正弦波控制的永磁同步电机反电势抑制方法。
背景技术
永磁电机电流的谐波会导致电机震动和噪声、发热量增加，同时会降低电机效率。抑制永磁电机电流谐波可以从控制和电机本体两个方面着手。从控制方面着手的如申请号为201110145038.4的发明专利申请《一种注入谐波电压抑制永磁同步电机谐波电流的控制方法》，公开了把谐波电压分量注入到三相控制电压中，抵消电流的谐波分量，但降低了整个系统的效率。从电机本身上着手如电机文献《削弱永磁同步电机反电势谐波的磁极形状优化方法》微电机，2017，50(2)：24-26，建立了磁极表面正弦弧轮廓的描述方程，但是没有办法抑制特定次数的反电势谐波。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，不涉及控制方法，可以对特定的谐波进行抑制。
本发明的技术方案是：永磁同步电机的极数≥2，电机的控制方式为正弦波控制，永磁同步电机包括磁体嵌入式IPM和磁体表贴式,IPM凸极指的是转子铁芯表面，磁体表贴式电机凸极指的是指的是永磁体表面。用含有正弦的函数绘制出一个凸极，通过圆周阵列组成电机初步转子外圆，阵列的个数为电机极数，或电机转子外圆为不能用函数描述的线条组成，由样机实测或仿真的方法取得反电势波形，对反电势波形进行傅立叶变换获得电机的反电势谐波次数和幅值。含有正弦波的函数减去反电势谐波组成的函数，通过圆周阵列最终组成转子外圆。
凸极顶点与圆心的连接线通过磁体的几何中心，凸极的最低点与圆心的连接线通过相邻两块磁钢的分界线。凸极顶点至定子内圆的最小距离为电机气隙。
含有正弦的函数可以是：含有正弦的函数减去反电势谐波组成的函数为：其中x为横坐标，y为纵坐标，θ为机械角度，c为凸极最低点至凸极最高点的径向距离，V为凸极最低点至圆心的距离，p为电机极对数，A为谐波幅值与基波幅值的比值，ω为谐波的次数。
本发明用含有正弦波的函数减去反电势谐波组成的函数，通过圆周阵列最终组成转子外圆，从谐波产生的结果上直接去除，可消除特定次数和特定次数组合的谐波。
本发明还提供了一种采用如权利要求1所述的永磁同步电机反电势谐波抑制方法，其转子磁钢为IPM式或表贴式，表贴式的转子外圆由磁钢的外侧曲线组成；IPM式的转子外圆为铁芯外侧曲线的永磁同步电机，具有反电势谐波含量低，力矩波动小，震动噪声低的特点。其这种永磁同步电机使用在电动助力刹车系统中。
附图说明
图1是本发明实施例转子示意图；
图2是本发明实施例1与文献例反电势谐波对比。
图3是本发明实施流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明实施例中的电机，12槽8极，IPM结构，正弦波控制。气隙0.4mm。
含有正弦的函数采用：其中v、c经过分别取20.9mm、0.7mm。绘制出一个凸极，对这个凸极圆周阵列，阵列个数为等于极数8。
凸极顶点与圆心的连接线通过磁体的几何中心，凸极的最低点与圆心的连接线通过相邻两块磁钢的分界线。凸极顶点至定子内圆的最小距离为电机气隙0.4mm。绘制出电机转子外形图1。
在定转子没有斜极的情况下，测试含有上述转子电机的反电势波形，对反电势波形进行傅立叶变换如图2。反电势基波幅值为3.47V，5次谐波幅值为0.119V。5次谐波含量为3.4％。
对5次谐波进行抑制。含有正弦的函数减去反电势5次谐波组成的函数为：其中v、c分别取20.9mm、0.7mm。A为谐波幅值与基波幅值的比值0.034，ω为谐波的次数5。绘制出一个新的凸极，对这个凸极圆周阵列，阵列个数为等于极数8。凸极顶点与圆心的连接线通过磁体的几何中心，凸极的最低点与圆心的连接线通过相邻两块磁钢的分界线。凸极顶点至定子内圆的最小距离为电机气隙0.4mm。绘制出最终的电机转子外形图。
在定转子没有斜极的情况下，测试含有上述转子电机的反电势，对反电势波形进行傅立叶变换。反电势基波幅值为3.53V，5次谐波幅值为0.0261V。5次谐波含量为0.74％。图2为反电势谐波含量对比。按文献《削弱永磁同步电机反电势谐波的磁极形状优化方法》设计出的电机同样条件下反电势基波幅值为3.47V，5次谐波幅值为0.119V。5次谐波含量为3.43％。
实施例2
本发明实施例中的电机，12槽10极，IPM结构，正弦波控制。气隙0.2mm。
含有正弦的函数采用：其中v、c经过分别取21mm、0.7mm。绘制出一个凸极，对这个凸极圆周阵列，阵列个数为等于极数10。
凸极顶点与圆心的连接线通过磁体的几何中心，凸极的最低点与圆心的连接线通过相邻两块磁钢的分界线。凸极顶点至定子内圆的最小距离为电机气隙0.2mm。绘制出电机转子外形。
在定转子没有斜极的情况下，测试含有上述转子电机的反电势波形，对反电势波形进行傅立叶变换。反电势基波幅值为4.62V，11次谐波幅值为0.0071V。11次谐波含量为0.15％。
对11次谐波进行抑制。含有正弦的函数减去反电势11次谐波组成的函数为：其中v、c分别取21mm、0.7mm。A为谐波幅值与基波幅值的比值0.0015，ω为谐波的次数11。绘制出一个新的凸极，对这个凸极圆周阵列，阵列个数为等于极数10。凸极顶点与圆心的连接线通过磁体的几何中心，凸极的最低点与圆心的连接线通过相邻两块磁钢的分界线。凸极顶点至定子内圆的最小距离为电机气隙0.2mm。绘制出最终的电机转子外形图。
在定转子没有斜极的情况下，测试含有上述转子电机的反电势，对反电势波形进行傅立叶变换。反电势基波幅值为4.62V，11次谐波幅值为0.0027V。11次谐波含量为0.058％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，电机的极数≥2，电机的控制方式为正弦波控制，含有正弦波的函数形成一个凸极，通过圆周阵列组成电机初步转子外圆，阵列个数等于电机极数，或电机转子外圆为不能用函数描述的线条组成，其特征在于：通过测试电机反电势波形，将含有正弦波的函数减去反电势谐波组成的函数，通过圆周阵列最终组成转子外圆，阵列个数等于电机极数。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，其特征在于：含有正弦波的函数减去的一种或多种反电势谐波。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，其特征在于：由样机实测或仿真的方法取得反电势波形，对反电势波形进行傅立叶变换获得电机的反电势谐波次数和幅值。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，其特征在于：凸极顶点A与圆心的连接线通过磁体的几何中心B，凸极的最低点C与圆心的连接线通过相邻两块磁钢的分界线。
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反电势谐波抑制方法，其特征在于：含有正弦的函数是：含有正弦的函数减去反电势谐波组成的函数为：其中x为横坐标，y为纵坐标，θ为机械角度，c为凸极最低点至凸极最顶点A的径向距离，V为凸极最低点至圆心的距离，p为电机极对数，A为谐波幅值与基波幅值的比值，ω为谐波的次数。
6.一种永磁同步电机,其特征在于：采用如权利要求1所述的永磁同步电机反电势谐波抑制方法，其转子磁钢为IPM式或表贴式，表贴式的转子外圆由磁钢的外侧曲线组成；IPM式的转子外圆为铁芯外侧曲线。
7.根据权利要求6所述的一种永磁同步电机,其特征在于：一种永磁同步电机使用在电动助力刹车系统中。
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