抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统技术方案

本公开提出了抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度。本公开技术方案可以将固有轴电压完全抑制，或仅剩谐波阶次较高的成分，降低轴承电腐蚀威胁。

【技术实现步骤摘要】
抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统
本公开涉及永磁电机
，特别是涉及抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法及系统。
技术介绍
随着永磁电机在航空航天、电动汽车、轨道交通、机器人等领域中应用越来越广泛，对于永磁电机的稳定性、可靠性等方面也提出了更高的要求。因此，从电机设计的角度出发，对电机参数进行优化，降低故障产生机率，对于提升电机的可靠性具有重要的意义。即使不存在定子铁心接缝与极数匹配不当，绕组匝间短路、转子偏心等故障，某些极槽配合的分数槽永磁同步电机，也会由于齿槽效应而导致电机内存在磁路不平衡。这种磁路不平衡会等效出环绕转轴且交变的净磁通，在电机旋转时该磁通会在转轴上感应出交变的轴电压，此轴电压可称为分数槽永磁电机的固有轴电压。当轴电压超过阈值时，会击穿轴承润滑脂油膜产生放电，老化润滑脂，严重时则会形成轴电流，腐蚀轴承内侧滑道，降低轴承的机械寿命，同样也会引起额外的机械噪声，增加故障率和维护成本，严重时将影响整个电机系统的正常运行。专利技术人在研究中发现，目前，对于轴电压的传统抑制措施，多采用绝缘轴承以及电刷接地两种方案，然而，利用绝缘轴承的方法，抑制轴承电腐蚀，不仅使成本提高，还会使电机的机械强度降低，严重限制了电机的应用环境；电刷接地法，需要在电机外部增加电刷元件，增大产品的复杂度，要经常更换磨损的电刷，需要停工更换，影响工作效率；所以，从电机设计的角度出发，根据轴电压的产生原理，对于轴电压从源头进行抑制，可以高效且低成本地抑制轴电压的危害，同时提高电机的稳定性和可靠性。目前，针对固有轴电压抑制方面，分数槽永磁电机的转子分段斜极设计尚无法可循。
技术实现思路
本说明书实施方式的目的之一是提供抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，有利于该类电机的稳定可靠运行，削弱固有轴电压，避免轴承电腐蚀，降低电机故障率与维护成本。本说明书实施方式提供抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，通过以下技术方案实现：包括：对于存在固有轴电压的转子分段的分数槽永磁电机，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；根据磁通连续性和三角函数正交性定理，利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，根据法拉第电磁感应定律，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；根据电机的永磁体极数和定子槽数，利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度、不同转子分段数目时相邻两转子分段间的角度差。本公开上述技术方案从分数槽永磁电机设计角度，本公开可以为转子分段斜极的斜极角度和转子分段数的选择提供依据，且采用本公开所提及的转子分段斜极设计方法后，可以将固有轴电压完全抑制，或仅剩谐波阶次较高的成分，降低轴承电腐蚀威胁。本说明书实施方式的目的之二是提供抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计系统，所述系统通过以下技术方案实现：包括：气隙磁密模型建立单元，被配置为：对于存在固有轴电压的转子分段的分数槽永磁电机，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；转子段固有轴电压矢量表达单元，被配置为：根据磁通连续性和三角函数正交性定理，利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，根据法拉第电磁感应定律，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；转子斜极角度表达单元，被配置为：根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；转子斜极角度计算单元，被配置为：根据电机的永磁体极数和定子槽数，利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度、不同转子分段数目时相邻两转子分段间的角度差。本说明书实施方式的目的之三是提供一种分数槽永磁电机，所述电机的固有轴电压抑制采用上述抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法来计算获得转子分段斜极参数。与现有技术相比，本公开的有益效果是：本公开技术方案从分数槽永磁电机设计角度，本公开可以为转子分段斜极的斜极角度和转子分段数的选择提供依据，且采用本公开所提及的转子分段斜极设计方法后，可以将固有轴电压完全抑制，或仅剩谐波阶次较高的成分，降低轴承电腐蚀威胁。本公开技术方案适用于所有极槽配合的永磁电机，计算方法快速有效。从原理上削弱电机固有轴电压，减小轴承电腐蚀，有利于电机稳定运行，降低后期故障与维护成本。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1(a)-图1(c)为本公开实施例子采用转子分段斜极时8极12槽永磁电机固有轴电压基波矢量叠加图；图2为本公开实施例子未采用转子分段斜极时8极12槽永磁电机固有轴电压波形图；图3(a)-图3(h)为本公开实施例子采用转子分段斜极时8极12槽永磁电机固有轴电压波形图；图4-图5为本公开实施例子8极12槽永磁电机的转子分段斜极结构示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例子一该实施例子公开了抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，具体步骤为：对于转子分段的分数槽永磁电机，建立第i个转子段考虑齿槽效应的气隙磁密模型，对建立的模型进行分解；根据磁通连续性和三角函数正交性定理，确定永磁电机所选的极槽配合是否存在固有轴电压；对于存在固有轴电压的分数槽永磁电机，推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，根据法拉第电磁感应定律，得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出可以将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度设计通用方法；根据电机的永磁体极数和定子槽数，分别计算得到的转子斜极角度不同转子分段数目时相邻两转子分段间的角度差在具体实施时，确定永磁电机所选的极槽配合是否存在固有轴电压是该方法所进行的前提条件，只有通过判断存在固有轴电压才有必要进行固有轴电压的抑制，否则，不需要进行固有轴电压的抑制。在一实施例中，根据分数槽永磁电机固有轴电压的存在特征，只有极槽配合满足Ns/p＝(2n-1)/k的电机才会存在固有轴电压，即当单元电机的定子槽数为奇数时，会存在固有轴电压，当单元电机的定子槽数为偶数时，不会存在固有轴电压。需要说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，其特征是，包括：对于存在固有轴电压的转子分段的分数槽永磁电机，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；根据磁通连续性和三角函数正交性定理，利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，根据法拉第电磁感应定律，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；根据电机的永磁体极数和定子槽数，利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度、不同转子分段数目时相邻两转子分段间的角度差。

【技术特征摘要】
1.抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，其特征是，包括：对于存在固有轴电压的转子分段的分数槽永磁电机，建立第i个转子段考虑定子齿槽效应的气隙磁密模型；根据磁通连续性和三角函数正交性定理，利用上述气隙磁密模型推导出会引起分数槽永磁电机固有轴电压的净磁通密度，根据法拉第电磁感应定律，利用净磁通密度得到第i个转子段固有轴电压矢量定性解析表达式；将各转子段的固有轴电压进行矢量叠加，得到整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式；根据整个转子上感应出的固有轴电压解析表达式，推导出将固有轴电压主要谐波抑制为零的转子斜极角度计算公式；根据电机的永磁体极数和定子槽数，利用上述转子斜极角度计算公式分别计算得到的转子斜极角度、不同转子分段数目时相邻两转子分段间的角度差。2.如权利要求1所述的抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，其特征是，当某极槽配合的分数槽永磁电机的单元电机的定子槽数为奇数时，存在固有轴电压，当单元电机的定子槽数为偶数时，不存在固有轴电压。3.如权利要求1所述的抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，其特征是，建立的第i个转子段考虑齿槽效应的气隙磁密模型时，采用转子分段斜极时，考虑定子齿槽效应，第i段转子的气隙磁通密度表示为式中Ns为定子槽数；θs为定子沿圆周方向位置角；λ0为气隙磁导的基波分量；λk为气隙磁导的k次谐波分量，k＝1，2，3…；F2n-1为F第2n-1次谐波幅值，n＝1，2，3…；p为极对数；θr为转子沿圆周方向位置角，θr＝θs+ωrt，ωr为电机转子机械角速度。4.如权利要求1所述的抑制分数槽永磁电机固有轴电压的转子分段斜极设计方法，其特征是，对于极槽配合满足Ns/p＝(2n-1)/k的电机，采用转子分段斜极时，其第i段转子区域的能引起固有轴电压的净磁通密度表示为：式中λk为气隙磁导的k次谐波分量，k＝1，2，3…；F2n-1为F第2n-1次谐波幅值，n＝1，2，3…；p为极对数；ωr为电机转子机械角速度。5.如权利要求4所述的抑制分数槽永磁电机固有轴电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀和，彭博，赵文良，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37