一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法技术

本发明专利技术涉及一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法，属于电机设计与分析技术领域，其特征在于：提出了一种基于磁场调制理论的针对表贴式永磁同步电机的转矩脉动建模方法，该建模方法不仅可以分析表贴式永磁同步电机的空载转矩脉动(即齿槽转矩)，还可以分析带载情况下电机的总转矩脉动，并在此方法的基础上，建立了表贴式永磁同步电机的转矩脉动模型。所述的转矩脉动建模方法可以精确表述表贴式永磁同步电机在不同负载下的转矩脉动情况，和有限元仿真相比，该方法能够提升分析效率，根据此方法建立的转矩脉动模型具有结构简单，含义清晰，数值准确的特点，能够为表贴式永磁同步电机的精密伺服控制提供指导。电机的精密伺服控制提供指导。电机的精密伺服控制提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法


[0001]本专利技术涉及电机设计与分析
，具体涉及一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法。

技术介绍

[0002]表贴式永磁同步电机是永磁同步电机中的一类典型拓扑结构，因其功率密度高，体积小，电磁性能好等特点，在工业生产中得到了非常广泛的应用，随着工业技术的不断发展，对电机运行精度的要求越来越高，转矩脉动的存在会降低电机的动态性能，尤其是在低速或者大负载的情况下，因此，有必要分析表贴式永磁同步电机的转矩脉动来源，并建立一个更精确的模型以便于对电机的转矩脉动进行优化。
[0003]传统的电机转矩脉动建模有两种方法，其一是利用有限元软件进行仿真，选取若干电枢电流值，研究该工况下的电机转矩脉动情况，并根据一系列数据进行拟合，该方法能够较为精确地建立起电机的转矩脉动模型，但是要想获得较为精确的模型，需要提高采样点数量，这带来了较大的运算量，此外，该方法直接利用有限元软件进行计算，难以体现电机工况变化时，电机磁场和转矩脉动之间的数学联系。其二是建立电机转矩脉动的解析模型，该方法能够降低计算量，并且能够深刻阐释电机气隙磁场和转矩脉动的关联，但是该方法目前主要用于对齿槽转矩进行建模，较少被用来分析电机带载运行时的转矩脉动，而电机一般都是运行在带载情况下，因此研究电机带载时总转矩脉动的变化情况，对进一步降低电机运行时的总转矩脉动，提升基于表贴式永磁同步电机的伺服系统性能，提高系统品质，具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法，包括下述步骤：
[0007]通过定子凸极磁阻调制器对表贴永磁体产生的源励磁磁场进行异步调制，对通电电枢绕组产生的源电枢磁场进行同步调制，获得合成磁场；进一步计算获得总转矩脉动。
[0008]可选地，所述转矩脉动包括：由励磁磁场单独产生的转矩脉动，以及由电枢磁场和励磁磁场相互作用产生的转矩脉动。
[0009]可选地，所述电机空载运行时仅包含齿槽转矩分量，电机带载运行时包含齿槽转矩分量和调制转矩脉动分量。
[0010]可选地，总转矩脉动的表达式为：
[0011][0012]式中R
s
，R
r
分别为电机的定子内径和转子外径，l
stk
是电机的轴向有效长度，μ0是真空磁导率，ο是正整数，是ο对极电枢场谐波的幅值，分别为ο对极励磁场谐波的基波幅值与n次谐波幅值，δ，ξ分别为ο对极电枢场谐波和励磁场谐波的空间旋转速度系数，Γ是定转子极数的最小公倍数，p是定子极对数，ω是电机的转速，t是时间。
[0013]一种计算机可读的存储介质，存储有指令，所述指令被执行时，能够实现权利要求上述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法。
[0014]有益效果：
[0015]与传统的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法相比，本专利技术提供的技术方案具有的有益效果是：
[0016](1)本专利技术所述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法可以对表贴式永磁同步电机运行过程中的总转矩脉动进行建模，提升转矩脉动模型精度。
[0017](2)本专利技术所述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法可以分析单一阶次磁场谐波对转矩脉动的影响，为电机优化设计提供指导。
[0018](3)本专利技术所述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法流程简单，含义清晰，有助于相关人员学习和应用。
[0019](4)本专利技术所述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法可以推广至任意结构的表贴式永磁同步电机中。
附图说明
[0020]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0021]图1为本专利技术所述的转矩脉动建模方法分析流程图。
[0022]图2为基于本专利技术所述的转矩建模方法得出的各次励磁磁场谐波所产生的齿槽转矩。
[0023]图3为本专利技术所述方法得出的齿槽转矩结果与有限元仿真结果对比图。
[0024]图4为本专利技术所述方法得出的总转矩脉动结果与有限元仿真结果对比图。
具体实施方式
[0025]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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在本专利技术的一些示例中，公开了一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法，具体可以包括以下步骤：
[0027]A.励磁磁场表达式计算：
[0028]对于表贴式永磁同步电机，其源励磁磁场所产生的磁动势可以被近似认为是一个方波，其傅里叶展开形式如下：
[0029][0030]其中，N
rt
是转子极数，φ是沿气隙圆周的角度(rad)，ω是电机的机械转速(rad/s)，ν是谐波阶数，k是正整数。
[0031]而定子凸极磁阻调制器的调制函数可以表示为
[0032][0033]其中，N
st
是定子极数，ε
st
是定子极弧系数，l是凸极磁阻调制函数的谐波阶数。
[0034]进一步可以得到，调制励磁磁动势的表达式
[0035][0036]其中，p是转子极对数，C
p
，C
sum
，C
dif
分别是原调制，和调制，差调制的调制系数，具体表达式如下：
[0037][0038]B.电枢磁场表达式计算：
[0039]表贴式永磁同步电机的电枢绕组一般缠绕在定子齿上，受到定子凸极磁阻调制器的同步调制作用，根据绕组的链接方式和分布可以确定绕组函数表达式如下：
[0040][0041]其中，κ是绕组函数谐波阶数，σ是正整数，C
w
是绕组函数系数，其具体表达式如下：
[0042][0043]建立电枢电流表达式如下
[0044][0045]其中，δ是电枢电流谐波阶数。
[0046]进一步的，经定子凸极磁阻调制器调制过后的电枢磁动势表达式可以表示为
[0047][0048]C.合成磁场表达式计算：
[0049]进一步的，可以对合成磁场表达式进行计算，为便于理解，在形式上对励磁磁场表达式和电枢磁场表达式进行简化，合成磁场表达式可以表示为：
[0050][0051]其中，是合成磁动势的相位，分别是励磁磁动势、电枢磁动势的第υ次谐波的幅值，是合成磁动势的第υ次谐波的幅值，其具体表达式如下：、
[0052][0053]由于定子凸极磁阻调制器对励磁磁动势的异步调制作用，励磁磁动势的幅值存在周期性振荡，可以表示为如下形式：
[0054][0055]其中，分别是磁动势幅值的直流分量和交流分量，Γ是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法，其特征在于，包括：通过定子凸极磁阻调制器对表贴永磁体产生的源励磁磁场进行异步调制，对通电电枢绕组产生的源电枢磁场进行同步调制，获得合成磁场；进一步计算获得总转矩脉动。2.根据权利要求1所述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法，其特征在于，所述转矩脉动包括：由励磁磁场单独产生的转矩脉动，以及由电枢磁场和励磁磁场相互作用产生的转矩脉动。3.根据权利要求1所述的表贴式永磁同步电机转矩脉动建模方法，其特征在于，所述电机空载运行时仅包含齿槽转矩分量，电机带载运行时包含齿槽转矩分量和调制转矩脉动分量。4.根据权利要求1所述的表贴式永磁同步电机转...

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，周嘉炜，文宏辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：