CN113178997B - 永磁同步电机反电动势谐波抑制方法及永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法，包括永磁电机转子，所述永磁电机转子上极数至少为2个，当待消除的谐波次数为n次时，在一对极距内(‑τ～τ范围内)的kτ/n位置处开设辅助槽用以抑制n次谐波分量。本发明能够有效的消除特定次齿谐波引起的反电动势谐波分量，提高反电动势的正弦性，同时抑制多种谐波分量。

Description

永磁同步电机反电动势谐波抑制方法及永磁同步电机

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法及永磁同步电机。

背景技术

电动汽车用电机多采用整数槽绕组，然而整数槽绕组结构的永磁电机，其齿谐波无法通过短距等方式进行抑制，齿谐波的作用使得电机的线反电动势波形畸变率增加，这会增加电机的转矩脉动，同时使得电机的电枢电流中含有较高的谐波，引起较高的谐波损耗，电机的效率会降低，温升会增加，永磁体的退磁风险也会增加，采用合理的设计来抑制齿谐波引起的线反电动势谐波成分对电机性能提升具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法及永磁同步电机，以抑制齿谐波引起的反电动势谐波成分，以达到提升电机性能的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法，包括永磁电机转子，所述永磁电机转子上极数至少为2个，其特征在于，当待消除的谐波次数为n次时，在一对极距内的kτ/n位置处开设辅助槽用以抑制n次谐波分量，一对极距的范围为-τ～τ，且τ为极距。

作为本发明的优选设置，k取1或2。

作为本发明的优选设置，针对低阶齿谐波mQ/p±1引起的反电动势谐波成分，规定谐波次数n等于低阶齿谐波的阶数，即n＝Q/p±1或n＝2Q/p±1，其中m＝1或m＝2，Q为槽数，p为极对数。

作为本发明的优选设置，采用多组辅助槽结构的组合设计以抑制多种含量较高的低阶齿谐波的谐波分量。

作为本发明的优选设置，所述辅助槽宽度与深度设置为0.2mm～0.4mm。

作为本发明的优选设置，所述辅助槽设置为半圆形槽。

所述的一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法用于永磁同步电机。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明能够有效的消除特定次齿谐波引起的反电动势谐波分量，提高反电动势的正弦性，同时抑制多种谐波分量；

(2)本发明能够提高气隙磁密波形的正弦性，降低定子铁耗，提高电机效率，降低电机温升，减小永磁体的退磁风险；

(3)本发明能够提高电机效率，降低电机温升的同时，能够保证电机的转矩输出能力，对电机的转矩密度几乎没有削弱。

附图说明

图1为整数槽绕组永磁电机的初始转子结构示意图；

图2为初始转子结构反电动势波形及其傅里叶分解图

图3为抑制11次谐波的辅助槽开槽位置示意图；

图4为多辅助槽结构示意图；

图5多辅助槽结构对应的反电动势波形及其各次谐波含量。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法，包括永磁电机转子，所述永磁电机转子上极数至少为2个，当待消除的谐波次数为n次时，在一对极距内的kτ/n位置处开设辅助槽用以抑制n次谐波分量，一对极距的范围为-τ～τ，且τ为极距。

作为本发明的优选设置，k取1或2。

作为本发明的优选设置，针对低阶齿谐波mQ/p±1引起的反电动势谐波成分，规定谐波次数n等于低阶齿谐波的阶数，即n＝Q/p±1或n＝2Q/p±1，其中m＝1或m＝2，Q为槽数，p为极对数。

作为本发明的优选设置，采用多组辅助槽结构的组合设计以抑制多种含量较高的低阶齿谐波的谐波分量。

作为本发明的优选设置，所述辅助槽宽度与深度设置为0.2mm～0.4mm。

作为本发明的优选设置，所述辅助槽设置为半圆形槽。

本发明所述的永磁同步电机反电动势谐波抑制方法，其开槽位置针对特定次谐波，首先傅里叶分解计算出对整数槽绕组结构电机对应的齿谐波的具体谐波次数，根据谐波次数在一对极空间范围内确定对应的开槽位置，即当待消除的谐波次数为n次时，在一对极距内(-τ～τ范围内)的kτ/n位置处开设辅助槽。以电动汽车常用的8极48槽电机为例，其一阶齿谐波为11次与13次，在一对极范围内(-τ～τ)绘出11次谐波的波形。在波形的波峰处开辅助槽，能够有效的增加该次谐波磁动势对应的磁路上的磁阻，从而有效的削弱磁动势所包含的该次谐波含量，由相应齿谐波引起的反电动势的波形畸变也会因此被削弱，但辅助槽的尺寸设计要合理，不然会因磁路结构的变化而引入新的谐波，经过对辅助槽尺寸的多次优化，辅助槽的宽度为1°到2°之间时，反电动势的正弦性较好。

单一辅助槽的引入能消除某一特定次谐波，但其他谐波含量会相应增加，为了同时能够抑制多种谐波，本发明采用一种多辅助槽结构，来同时抑制由多种齿谐波引起的反电动势谐波，为了减少辅助槽结构对基波的影响，辅助槽的位置设置在原理磁极中心的位置，多辅助槽结构的辅助槽位置确定的方式与上述抑制11次谐波的辅助槽位置确定方式相同。

辅助槽的宽度确定后，考虑辅助槽深度的确定，在两者完成的基础上，考虑辅助槽的形状对反电动势的波形畸变率的影响，因此本发明对比了半圆形辅助槽、三角形辅助槽与矩形三种辅助槽三种辅助槽形状，以获取较优的辅助槽结构。

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

转子的初始结构如图1所示，其中，1为永磁体、2为磁障、3为隔磁桥、4为加强筋、5为减重孔该转子结构对应的反电动势波形如图2所示，其波形畸变率为4.31％，波形畸变率较大，对其进行傅里叶分解，结果表明该波形的11次谐波含量较高，于是采用辅助槽结构对其进行11次谐波的抑制，其开槽位置如图3所示，对开槽后的波形进行傅里叶分析，其波形中的23次谐波含量明显增加，于是采用多辅助槽结构，多辅助槽的结构如图4所示，其中6为多辅助槽结构，针对23次谐波的辅助槽的开槽位置的确定与上述抑制11次谐波开槽位置的确定方法相同，图5为多辅助槽结构对应的反电动势波形及其各次谐波含量。

辅助槽位置确定后，对辅助槽的宽度与深度进行分析，通过不同宽度与深度的计算发现，辅助槽的弧长对应的圆心夹角约为1°-1.5°，其辅助槽宽度为0.2mm-0.3mm时，反电动势的波形畸变率最小。同理地，辅助槽深度为0.2mm-0.3mm，反电动势的波形畸变率最小。

当辅助槽的宽度与深度确定后，本发明对辅助槽的形状进行研究，分别计算了辅助槽形状为三角形、矩形以及圆形三种情况，对比发现，圆形辅助槽时的反电动势波形畸变率最小，最终确定的辅助槽结构如图4所示。

辅助槽结构确定后，重新计算该电机的反电动势波形，得到的反电动势波形如图5所示，对该波形进行傅里叶分析，结果表明，与初始结构对应的反电动势的波形相比，反电动势畸变率明显减小，由初始转子结构的4.31％降低到1.42％，反电动势波形得到明显的改善，正弦性明显提高。

综上所述，本发明所述的抑制整数槽绕组永磁电机的齿谐波引起的反电动势波形畸变的辅助槽结构，能够有效的抑制反电动势的波形畸变，提高反电动势波形的正弦性，具有提高电机的效率，降低电机温升的优点，提高永磁电机抗不可逆失磁的能力。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机反电动势谐波抑制方法，包括永磁电机转子，所述永磁电机转子上极数至少为2个，其特征在于，当待消除的谐波次数为n次时，在一对极距内的kτ/n位置处开设辅助槽用以抑制n次谐波分量，一对极距的范围为-τ～τ，且τ为极距；

k取1或2；

针对低阶齿谐波mQ/p±1引起的反电动势谐波成分，规定谐波次数n等于低阶齿谐波的阶数，即n＝Q/p±1或n＝2Q/p±1，其中m＝1或m＝2，Q为槽数，p为极对数；

采用多组辅助槽结构的组合设计以抑制多种含量较高的低阶齿谐波的谐波分量；

所述辅助槽宽度与深度设置为0.2mm～0.4mm；

所述辅助槽设置为半圆形槽；

所述永磁同步电机反电动势谐波抑制方法用于永磁同步电机。