电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机技术

本发明专利技术公开一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机，该电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型；基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。本发明专利技术技术方案提高了表贴式永磁电机的运行性能。

Optimization method of cogging torque and torque fluctuation and surface mounted permanent magnet motor

【技术实现步骤摘要】
电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机
本专利技术涉及电机
，特别涉及一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机。
技术介绍
随着永磁电机的发展，在各种机器人及高端工业智能装备中，为其提供动力的伺服电机是核心功能部件之一，而高性能的永磁无刷力矩伺服电机是其中典型代表之一。在永磁无刷力矩伺服电机中转速、转矩以及生产成本均与极数联系密切，其中具有的齿槽转矩可以直接影响发电机的运行性能，因此电机齿槽转矩对电机起着至关重要的作用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机，旨在提高表贴式永磁电机的运行性能。为实现上述目的，本专利技术提出的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型；基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。可选地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤包括：在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及模拟表贴式永磁电机以第一预设转速空载运行的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体厚度下的齿槽转矩峰峰值；在所述表贴式永磁电机的转速保持不变的条件下，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机输入额定电流，得到电机永磁体在不同厚度下的额定转矩波峰值与额定转矩波谷值；将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数。可选地，所述将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数具体为：通过第一预设公式计算得到所述表贴式永磁电机转矩波动系数；其中，KTb为转矩波动系数，Tmax为额定转矩波峰值，Tmin为额定转矩波谷值。可选地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤之前包括：利用所述表贴式永磁电机仿真模型计算得到空载气隙磁密；对所述空载气隙磁密进行快速傅里叶变换，以得到气隙磁密基波幅值和气隙磁密谐波幅值；模拟所述表贴式永磁电机以第二预设转速空载运行的条件下，将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率；根据所述空载气隙磁密谐波畸变率，以判断所述永磁体厚度和所述永磁体偏心距的优化结果。可选地，所述将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率具体为：通过第二预设公式计算得出空载气隙磁密谐波畸变率；其中，为空载气隙磁密谐波畸变率，Bm1为空载气隙磁密基波幅值，Bmk为各阶次空载气隙磁密谐波幅值，m为空载气隙磁密谐波阶次级。可选地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果的步骤包括：在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及所述表贴式永磁电机的最小气隙不变的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体偏心距下的齿槽转矩和转矩波动系数。可选地，所述表贴式永磁电机的磁芯为冷轧无取向硅钢材料。可选地，所述表贴式永磁电机的永磁体厚度范围为1mm-4mm。可选地，所述表贴式永磁电机的永磁体偏心距的长度范围为5mm-30mm。本专利技术还提出一种表贴式永磁电机，所述表贴式永磁电机包括如上所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法。本专利技术技术方案通过Maxwell软件建立表贴式永磁电机仿真模型，对表贴式永磁电机仿真模型中涉及的永磁体厚度、偏心距进行优化，以确定表贴式永磁电机的机械结构。进一步地，在建立了表贴式永磁电机仿真模型后，通过对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，从而增加气隙磁密和等效磁阻，得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；通过对电机的偏心距进行有限元仿真分析，优化了空载气隙磁密，使定子齿部磁密分布均匀，得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，以达到减小电机齿槽转矩与转矩波动的目的。由于电机空载反电势随着电机永磁体厚度的增加而增大，电机空载反电势随着电机永磁体偏心距的增加而减小，通过对永磁体厚度和偏心距的优化，将第一优化结果和第二优化结果结合分析，即可根据永磁电机结合后的齿槽转矩和转矩波动的优化结果，确定表贴式永磁电机的优化机械结构。本专利技术技术方案提高了表贴式永磁电机的运行性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术电机齿槽转矩的优化方法一实施例的流程示意图；图2为表贴式永磁电机转子结构永磁体磁极结构示意图；图3为本专利技术表贴式永磁电机中空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值随永磁体厚度变化的曲线示意图；图4为本专利技术表贴式永磁电机中空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值随永磁体偏心距变化的曲线示意图；图5为本专利技术表贴式永磁电机中输出转矩随绕组电流变化的曲线示意图。本专利技术目的的实现、功能特点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：/n利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型；/n基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；/n基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；/n根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：
利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型；
基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；
基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；
根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。


2.如权利要求1所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤包括：
在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及模拟表贴式永磁电机以第一预设转速空载运行的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体厚度下的齿槽转矩峰峰值；
在所述表贴式永磁电机的转速保持不变的条件下，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机输入额定电流，得到电机永磁体在不同厚度下的额定转矩波峰值与额定转矩波谷值；
将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数。


3.如权利要求2所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数具体为：
通过第一预设公式计算得到所述表贴式永磁电机转矩波动系数；其中，KTb为转矩波动系数，Tmax为额定转矩波峰值，Tmin为额定转矩波谷值。


4.如权利要求1所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪彦，
申请(专利权)人：西安西微智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61