(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210809059.X (22)申请日 2022.07.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114899996 A (43)申请公布日 2022.08.12 (73)专利权人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 阎彦　程译萩　颜冬　张振　 史婷娜　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. H02K 15/03(2006.01)H02K 1/278(2022.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (56)对比文件 罗宏浩等.永磁电机齿槽转矩的谐波分析与 最小化设计. 《电机与控制学报》 .2010,(第04 期), 审查员 张婷 (54)发明名称 一种削弱齿槽转矩的永磁同步电机磁极结 构设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种削弱齿槽转矩的永磁同 步电机磁极结构设计方法。 结合永磁同步电机的 实际尺寸、 加工精度和安装条件， 确定永磁同步 电机的磁极在转子轴向上的分段数； 确定永磁同 步电机的各段磁极的幅值改变系数和相位改变 角度； 根据永磁同步电机的加工范围， 设置永磁 同步电机的各段磁极的轴向长度与偏斜角度的 约束条件； 执行使齿槽转矩谐波分量总和最小的 优化算法， 确定最优的各段磁极的轴向长度和偏 斜角度。 本发 明方法得到的非均匀人字形斜磁极 结构， 可在消除轴向不平衡磁拉力的同时， 有效 降低永磁同步电机的齿槽转矩和转矩波动， 具有 通用性强、 速度快、 计算 量小、 准确性高的优点。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114899996 B 2022.09.23 CN 114899996 B 1.一种削弱齿槽转矩的永磁同步电机磁极结构设计方法， 其特征在于， 方法针对永磁 同步电机的非均匀人字形斜磁极结构， 方法的具体步骤为： 1） 结合永磁同步电机的实际尺寸、 加工精度和安装条件， 确定永磁同步电机的磁极在 转子轴向上的分段 数； 2） 在步骤1） 确定的分段数下， 确定永磁同步电机的每一段磁极的幅值改变系数和相位 改变角度； 3） 根据永磁同步电机的加工范围， 结合分段数、 幅值改变系数和相位改变角度， 设置永 磁同步电机的各 段磁极的轴向长度与偏斜角度的约束条件； 4） 在步骤3） 得到的约束条件下， 执行使齿槽转矩谐波分量总和最小的优化算法， 确定 最优的各 段磁极的轴向长度和偏斜角度； 所述步骤2） 中， 第 i段磁极的幅值改变系 数Ki、 相位改变角度 βi通过3D解析法或3D有限 元方法得到； 所述步骤3） 中， 设置各段磁极在转子轴向上的长度 l1~l2τ和各段磁极在转子周向上偏 斜角度θ1~θ2τ满足以下约束条件： lmin≤l1, l2,  …, l2τ≤lmax θmin≤θ1, θ2,  …, θ2τ≤θmax l1+l2+…+l2τ= ltotal li=l2τ‑i+1 θi=θ2τ‑i+1 {{∑i=1liKiT10cos[NL(i‑1)(θi+βi)]}2+{∑i=1liKiT10sin[NL(i‑1)(θi+βi)]}2}1/2= 0 其中，l1~l2τ表示各段磁极在转子轴向上的长度， θ1~θ2τ表示各段磁极在转子周向上偏 斜角度，li表示第i段磁极在转子轴向上的长度， θi表示第i段磁极在转子周向上偏斜角度； lmin、lmax分别为长度 l1~l2τ的上、 下限； θmin、θmax分别为长度 θ1~θ2τ的上、 下限； ltotal为永磁同 步电机转子的轴向长度； T10为单位轴向长度永磁同步电机的齿槽转矩基波幅值； NL是电机 的转子磁极数与电机定子中的槽数的最小公倍数； Ki表示第i段磁极的幅值改变系数， βi表 示第i段磁 极的相位改变角度， i表示磁极序号， 1≤i≤2 τ， 2 τ表示永磁同步电机的磁 极在转 子轴向上的分段 数。 2.根据权利要求1所述的一种削弱齿槽转矩的永磁同步电机磁极结构设计方法， 其特 征在于： 所述步骤3） 具体为： 设置永磁同步电机的各段磁极的轴向长度与偏斜角度为变量， 根据永磁同步电机的加工范围， 结合分段数、 幅值改变系数和相位改变角度， 使 各段磁极的 总齿槽转矩的基波幅值为0， 确定各段磁极在转子轴向上 的长度与各段磁极在转子周向上 的偏斜角度的约束条件。 3.根据权利要求1所述的一种削弱齿槽转矩的永磁同步电机磁极结构设计方法， 其特 征在于： 所述 步骤4） 具体为： 根据齿槽转矩的第2~τ次谐波分量的幅值计算永磁同步电机的2~τ次齿槽转矩谐波分 量总和， 进 而设置以下公式的目标函数： min Tcog(α) = ∑n=2Tcognsin(nNLα+ψn) 其中，Tcog(α)表示2~τ次齿槽转矩谐波分量总和； α是定转子相对位置角； NL是极数与槽 数的最小公倍数； Tcognsin(nNLα+ψn)表示n次齿槽转矩谐波分量； n表示谐波次数， 2≤n≤ τ，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114899996 B 2Tcogn表示n次转矩谐波的幅值， ψn为n次转矩谐波的初相角； 上述的n次转矩谐波的幅值 Tcogn和初相角ψn具体按照以下公式获得： Tcogn = {{∑i=1liKiTn0cos[NL(i‑1)(θi+βi)]}2+{∑i=1liKiTn0sin[NL(i‑1)(θi+βi)]}2}1/2 ψn= arctan{∑i=1liKiTn0sin[NL(i‑1)(θi+βi)]/∑i=1liKiTn0cos[NL(i‑1)(θi+βi)]} Tn0 = πNL(R2 2‑R2 1)nGnBrn/4 μ0 其中，Tn0为单位轴向长度永磁同步电机齿槽转矩的 n次谐波幅值； R1和R2分别为气隙的 内径和外径； Gn和Brn分别为考虑气隙长度的补偿系数和永磁体剩磁沿圆周方向分布的函数 作傅里叶展开所产生的傅里叶系数； 以步骤3） 设置的约束条件作为目标函数的约束， 进行求解获得各段磁极在转子轴向上 的长度与各 段磁极在转子周向上的偏斜角度， 作为 最优的各 段磁极的长度和偏斜角度。 4.根据权利要求1所述的一种削弱齿槽转矩的永磁同步电机磁极结构设计方法， 其特 征在于： 所述的永磁同步电机中， 转子包括铁芯和磁体， 铁芯外圆周布置磁体， 磁体沿铁芯 轴向分为2τ段永磁体环， 每段永磁体环均由沿铁芯周向间隔均布的多个相同的磁极构成， 各磁极的极弧系数与同一段永磁体环内的磁极 间的相邻间隔均相同， 2 τ段永磁体环以铁芯 轴向中点所在的径向截面在铁芯的两端对称分布， 而在径向截面同一侧的 τ个永磁体环之 间的轴向长度和偏移角度均不同。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114899996 B 3