CN113346703B - 一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，所述轴向磁通电机包含定子，该定子具有定子绕组，该定子绕组会生成磁场谐波，所述磁场谐波包括目标谐波和基波，所述定子为两个，所述定子绕组、所述磁场谐波、所述目标谐波以及所述基波均为两个；所述削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法为：通过调节两个所述定子的相对位置，以及通过控制两个所述定子绕组的电流初相角，从而使两个所述目标谐波相互削弱，同时保持两个所述基波的幅值不变。在本发明中的方法中无须引入附加的调节部件，仅仅通过改变定子的相对位置以及改变定子的初相角即可达到削弱目标谐波的目的，操作简单，易于实现。

Description

一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法

技术领域

本发明涉及轴向磁通电机技术领域，更具体地说，涉及一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法。

背景技术

集中绕组式轴向磁通电机具有制作工艺简单，功率密度及转矩密度大、齿槽转矩小、端部包头尺寸小、铜线用量少等优点，因此得到广泛的应用。但是，与传统的分布绕组相比，集中绕组在通入电流后，会产生丰富的磁场谐波，这些磁场谐波尤其是低阶谐波会使电机的涡流损耗增大、铁芯损耗增大、振动噪声恶化，严重影响电机的性能。对于双定子的轴向磁通电机，同样存在上述弊端。

发明内容

本发明的目的是削弱目标谐波，同时保持基波的幅值不变。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，所述轴向磁通电机包含定子，该定子具有定子绕组，该定子绕组会生成磁场谐波，所述磁场谐波包括目标谐波和基波，所述定子为两个，所述定子绕组、所述磁场谐波、所述目标谐波以及所述基波均为两个；

所述削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法为：通过调节两个所述定子的相对位置，以及通过控制两个所述定子绕组的电流初相角，从而使两个所述目标谐波相互削弱，同时保持两个所述基波的幅值不变。

优选地，在所述目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相同时，第二个所述定子相对于第一个所述定子沿着所述轴向磁通电机的转动方向旋转α1度，且第二个所述定子的电流初相角相对于第一个所述定子的电流初相角滞后θ1，所述α1和所述θ1满足以下关系：α1＝180/(n-p)，θ1＝pα1，其中n为所述目标谐波的空间阶次，所述p为所述基波的空间阶次。

优选地，在所述目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相反时，第二个所述定子相对于第一个所述定子沿着所述轴向磁通电机的转动方向旋转α2度，且第二个所述定子的电流初相角相对于第一个所述定子的电流初相角滞后θ2度，所述α2和所述θ2满足以下关系：α2＝180/(n-p)，θ2＝pα2，其中n为所述目标谐波的空间阶次，所述p为所述基波的空间阶次。

优选地，所述n通过软件仿真计算获得，所述p与所述轴向磁通电机的极对数相等。

优选地，所述轴向磁通电机为六相轴向磁通电机。

优选地，所述轴向磁通电机为18槽16极电机，所述轴向磁通电机的目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相反，所述轴向磁通电机的目标谐波的空间阶次n为10，基波的空间阶次p为8；

在所述轴向磁通电机中，其中第二个所述定子相对于第一个所述定子朝着与所述轴向磁通电机的旋转方向相同的方向旋转α2度，所述α2为10，且第二个所述定子的电流初相角相对于第一个所述定子的电流初相角滞后θ2，所述θ2为80。

优选地，通过延时供电的方式来控制两个所述定子绕组的电流初相角。

优选地，两个所述定子绕组分别通过一个供电支线路并联在供电总线路上，在两个所述供电支线路上分别串接一个控制开关，在其中一个所述供电支线路上串接一个延时器，所述延时器作用于该个供电支线路上的所述控制开关。

从上述技术方案可以看出：磁场谐波均为矢量，具有方向和大小。而磁场谐波的方向与定子的相对位置以及定子的电流初相角有关。本发明根据这些因素设置出了削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，该方法为：通过调节两个定子的相对位置，以及通过控制两个定子绕组的电流初相角，从而使两个目标谐波相互削弱，同时保持两个基波的幅值不变。

在本发明中的方法中无须引入附加的调节部件，仅仅通过改变定子的相对位置以及改变定子的初相角即可达到削弱目标谐波的目的，操作简单，易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例提供的轴向磁通电机的双定子结构示意图；

图2为本发明一具体实施例提供的一个定子相对于另一个定子旋转α度后的示意图；

图3为本发明一具体实施例提供的供电系统的线路图；

图4为本发明一具体实施例提供的18槽16极轴向磁通电机采用本发明中的方法形成的磁场谐波与传统方案形成的磁场谐波的对比图。

其中，1为定子、1-1为定子绕组、2为转子。

具体实施方式

本发明公开了一种削弱轴向磁通电机的目标谐波的方法，该方法不仅能够削弱目标谐波，同时能够保持基波的幅值不变

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，所述轴向磁通电机包含定子，定子具有定子绕组。在通电的情况下，定子绕组会生成磁场谐波。磁场谐波包括目标谐波和基波。目标谐波是引起轴向磁通电机振动的波，因此需要削除。基波是有用波，因此需要保留。本发明中的轴向磁通电机包括两个定子，该两个定子的结构相同。如果定子为两个，那么对应的定子绕组、磁场谐波、目标谐波以及基波均为两个。

请参考附图1，附图1为轴向磁通电机的双定子结构示意图，在附图1中，转子2设置在两个定子1之间。

磁场谐波均为矢量，具有方向和大小。而磁场谐波的方向与定子的相对位置以及定子的电流初相角有关。本发明根据这些因素设置出了削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，该方法为：通过调节两个定子的相对位置，以及通过控制两个定子绕组的电流初相角，从而使两个目标谐波相互削弱，同时保持两个基波的幅值不变。

在本发明中的方法中无须引入附加的调节部件，仅仅通过改变定子的相对位置以及改变定子的初相角即可达到削弱目标谐波的目的，操作简单，易于实现。

在通电的情况下，与两个定子对应的定子绕组会各自生成目标谐波。如果其中一个定子沿着轴向磁通电机的转动方向，且绕着该定子的轴线转动α度，那么与该定子对应的磁场谐波的矢量角度会沿着轴向磁通电机的转动方向转动x倍的α度，其中的x为磁场谐波的空间阶次。请参考附图2，附图2示出了一个定子绕组相对于另一个定子绕组朝着轴向磁通电机的转动方向旋转α度的示意图。附图2中两个1-1分别代表两个定子绕组。

目标谐波的转动方向或者与轴向磁通电机的转动方向相同，或者与轴向磁通电机的转动方向相反。对于特定型号的轴向磁通电机，目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向都是确定的。需要说明的是，基波的转动方向决定了轴向磁通电机的转动方向，即基波的转动方向始终与轴向磁通电机的转动方向相同。

在目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的电机轴的转动方向相同时，如果其中一个定子的电流初相角滞后θ度，那么与该定子对应的目标谐波的矢量角度会朝着与轴向磁通电机的转动方向相反的方向转动θ度。

在目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的电机轴的转动方向相反时，如果其中一个定子的电流初相角滞后θ度，那么与该定子对应的目标谐波的矢量角度会沿着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向转动θ度。

由于基波的转动方向始终与轴向磁通电机的转动方向相同，因此无论在何种情况下，如果其中一个定子的电流初相角滞后θ度，那么与该定子对应的目标谐波的矢量角度都会沿着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向转动θ度。

本发明的目的之一是使两个定子的目标谐波相互抵消，那么就要确保两个目标谐波的矢量夹角为180度。本发明的另一个目的是要确保两个定子的基波的幅值保持不变，那么就要确保两个基波的矢量夹角为0度。

按照上述原理，在目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相同时：将两个定子中的第二个定子相对于第一个定子沿着轴向磁通电机的转动方向转动α1度，那么第二个定子的目标谐波的矢量角朝着轴向磁通电机的转动方向旋转了nα1度，n为目标谐波的空间阶次。同时使第二个定子的电流初相角相对于第一个定子的电流初相角滞后θ1，即第二个定子的目标谐波的矢量角朝着与轴向磁通电机的转动方向相反的方向旋转了θ1。如果要使两个目标谐波的矢量夹角为180度，那么就要满足第一计算式：nα1-θ1＝180度。

对于基波，将两个定子中的第二个定子相对于第一个定子沿着轴向磁通电机的转动方向转动α1度，那么第二个定子的基波的矢量角朝着轴向磁通电机的转动方向旋转了pα1度，p为基波的空间阶次。同时使第二个定子的电流初相角相对于第一个定子的电流初相角滞后θ1，即第二个定子的基波的矢量角朝着与轴向磁通电机的转动方向相反的方向旋转了θ1。如果要使两个基波的矢量夹角为0°，那么就要满足第二计算式：pα1-θ1＝0。

结合第一计算式和第二计算式可以推到出：α1＝180/(n-p)，θ1＝pα1。在目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相同时，将第二个定子相对于第一个定子朝着与轴向磁通电机相同的方向转动α1度，同时确保第二个定子的电流初相角相对于第一个定子的电流初相角滞后θ1度，如此，便能够确保两个目标谐波相互抵消，同时保持两个基波的幅值不变。

在目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相反时：将两个定子中的第二个定子相对于第一个定子沿着轴向磁通电机的转动方向转动α2度，那么第二个定子的目标谐波的矢量角朝着轴向磁通电机的转动方向旋转了nα2度，n为目标谐波的空间阶次。同时使第二个定子的电流初相角相对于第一个定子的电流初相角滞后θ2，即第二个定子的目标谐波的矢量角朝着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向旋转了θ2。如果要使两个目标谐波的矢量夹角为180度，那么就要满足第三计算式：nα2+θ2＝180度。

对于基波，将两个定子中的第二个定子相对于第一个定子沿着轴向磁通电机的转动方向转动α2度，那么第二个定子的基波的矢量角朝着轴向磁通电机的转动方向旋转了pα2度，p为基波的空间阶次。同时使第二个定子的电流初相角相对于第一个定子的电流初相角滞后θ2，即第二个定子的基波的矢量角朝着与轴向磁通电机的转动方向相同的方向旋转了θ2。如果要使两个基波的矢量夹角为0度，那么就要满足第四计算式：pα2-θ2＝0。

结合第三计算式和第四计算式可以推到出：α2＝180/(n+p)，θ2＝pα2。在目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相同时，将第二个定子相对于第一个定子朝着与轴向磁通电机相同的方向转动α2度，同时确保第二个定子的电流初相角相对于第一个定子的电流初相角滞后θ2度，如此，便能够确保两个目标谐波相互抵消，同时保持两个基波的幅值不变。

需要说明的是目标谐波的空间阶次n是事先对轴向磁通电机进行软件仿真得到的。基波的空间阶次p与轴向磁通电机的极对数相等。对于同一型号的轴向磁通电机极对数是确定的。

在本发明一具体实施例中，将轴向磁通电机设计为六相轴向磁通电机。即轴向磁通电机的两个定子的定子绕组均为三相绕组。对于18槽16极的六相轴向磁通电机，其目标谐波的空间阶次n为10，基波的空间阶次p为8。并且，目标谐波的转动方向与轴向磁通电机的转动方向相反。在该轴向磁通电机中，将其中一个定子相对于另一个定子朝着轴向磁通电机的转动方向转动α2，将该定子的电流初相角滞后θ2。根据第三计算式和第四计算式可知α2＝10，θ2＝80。

请参考附图4，附图4为18槽16极六相磁通电机采用本案后磁场谐波与传统方案中磁通谐波的对比图，从附图4可以看出：目标谐波10阶磁密幅值被极大削弱，基波磁密(8阶)幅值基本保持不变，说明采用本案可有效削弱特定目标谐波，同时保持基波幅值基本不变。

接下来介绍控制定子的电流初相角的方法：本发明是通过延时供电的方式来控制两个定子绕组的电流初相角。两个定子绕组是由同一个电源供电。两个定子绕组分别通过一个供电支线路并联在供电总线路上。每个供电支线路上串接一个控制开关，并且，在其中一个供电支线路上再串接一个延时器，该延时器作用于对应的供电支线路上的控制开关。如此，在控制信号发生器向两个控制开关发送开启指令后，没有串接延时器的供电支线路上的控制开关就会闭合，从而给对应的定子绕组供电。对于串接有延时器的供电支线路，延时器会延时开启指令的发送，在延时预定时间后，延时器将开启指令发送给对应的控制开关，控制开关才闭合，从而实现对定子绕组的延时供电。如果要使一个定子绕组的电流初相角滞后θ，那么事先计算出需要延时供电的时间，并将该时间输入给延时器即可。

请参考附图3，附图3为供电线路图，在附图3中第二个定子绕组的供电支线路上串接了延时器，从而实现对第二个定子绕组的延时供电，以实现第二个定子绕组的电流初相角的滞后。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述轴向磁通电机包含定子，该定子具有定子绕组，该定子绕组会生成磁场谐波，所述磁场谐波包括目标谐波和基波，所述定子为两个，所述定子绕组、所述磁场谐波、所述目标谐波以及所述基波均为两个；

所述削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法为：通过调节两个所述定子的相对位置，以及通过控制两个所述定子绕组的电流初相角，从而使两个所述目标谐波相互削弱，同时保持两个所述基波的幅值不变；

在所述目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相同时，第二个所述定子相对于第一个所述定子沿着所述轴向磁通电机的转动方向旋转α1度，且第二个所述定子的电流初相角相对于第一个所述定子的电流初相角滞后θ1，所述α1和所述θ1满足以下关系：α1＝180/(n-p)，θ1＝pα1，其中n为所述目标谐波的空间阶次，所述p为所述基波的空间阶次；

在所述目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相反时，第二个所述定子相对于第一个所述定子沿着所述轴向磁通电机的转动方向旋转α2度，且第二个所述定子的电流初相角相对于第一个所述定子的电流初相角滞后θ2度，所述α2和所述θ2满足以下关系：α2＝180/(n-p)，θ2＝pα2，其中n为所述目标谐波的空间阶次，所述p为所述基波的空间阶次。

2.根据权利要求1所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述n通过软件仿真计算获得，所述p与所述轴向磁通电机的极对数相等。

3.根据权利要求1所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述轴向磁通电机为六相轴向磁通电机。

4.根据权利要求3所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，所述轴向磁通电机为18槽16极电机，所述轴向磁通电机的目标谐波的转动方向与所述轴向磁通电机的转动方向相反，所述轴向磁通电机的目标谐波的空间阶次n为10，基波的空间阶次p为8；

在所述轴向磁通电机中，其中第二个所述定子相对于第一个所述定子朝着与所述轴向磁通电机的旋转方向相同的方向旋转α2度，所述α2为10，且第二个所述定子的电流初相角相对于第一个所述定子的电流初相角滞后θ2，所述θ2为80。

5.根据权利要求1所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，通过延时供电的方式来控制两个所述定子绕组的电流初相角。

6.根据权利要求5所述的削弱轴向磁通电机中目标谐波的方法，其特征在于，两个所述定子绕组分别通过一个供电支线路并联在供电总线路上，在两个所述供电支线路上分别串接一个控制开关，在其中一个所述供电支线路上串接一个延时器，所述延时器作用于该个供电支线路上的所述控制开关。

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