(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210658151.0 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 鲍晓华　朱然　刘佶炜　李仕豪　 王振　 (74)专利代理 机构 安徽省合肥新 安专利代理有 限责任公司 34101 专利代理师 何梅生 (51)Int.Cl. H02K 1/2783(2022.01) H02K 1/2791(2022.01) H02K 16/04(2006.01) H02K 21/12(2006.01)G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电 机转矩脉动削弱方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于单边Halbach阵列的 双定子永磁同步电机转矩脉动削弱方法， 基于叠 加方法将双定子永磁同步电动机拆分成内外两 个电机； 将拆 分的两个电机分别进行有限元仿真 计算， 得到内外电机转矩中的主要谐波成分的幅 值大小； 内电机的结构不变， 将外电机的永磁体 改成5段充磁的Halbach阵列； Halbach阵列中间 位置的磁极充磁角度为90 °， 对处于中间磁极同 一侧的两个磁极的充磁角度利用有 限元进行分 步优化， 得到最优的充磁角度。 本发明可显著降 低这一类电机的转矩脉动。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114844267 A 2022.08.02 CN 114844267 A 1.基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： S1、 将一台表贴式双定 子永磁同步电动机， 拆分成内外 两个电机； S2、 在保持给定激励不变的情况下， 分别对内外电机的转矩进行有限元仿真， 得到内外 电机转矩 谐波的幅值； S3、 比较内外电机转矩谐波的最大幅值的大小， 如外电机的转矩谐波的最大幅值为内 电机的1.5倍及以上则可继续 步骤S4； S4、 将外电机每一个磁极的永磁体替换为由5块不同充磁角的永磁体， 充磁角度分别为 β1、 β2和β3， 最大体积的永磁 体其充磁角度为β1， 且β1为90°； S5、 初步选择充磁角 β2与β3分别为80 °和60°； S6、 将充磁角向增 加的方向调整， 得到整个电机的转矩脉动统计结果图； S7、 观察转矩脉动随充磁角增加的变化趋势， 如果已经在考察的充磁角中出现极小值 点， 即表现为图中出现凹陷区域时， 无需进一 步对充磁角选择， 如果没有， 则进行S 8； S8、 根据转矩脉动的变化趋势， 将固定充磁角β2不变， 使充磁角β3向增加或者减小的方 向调整， 得到整个电机转矩脉动随充磁角β3变化的情况， 并找到转矩脉动最低时的充磁角 度β3′； S9、 在找到的固定充磁角β3′不变， 使充磁角β2向增加或者减小的方向调整， 得到整个电 机转矩脉动充磁角β2变化的情 况， 并找到转矩脉动最低时的充磁角度β2′， β2′， β3′为针对转 矩脉动优化的最优充磁角度。 2.根据权利要求1所述的基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱 方法， 其特 征在于， 步骤S4的Halbac h永磁体阵列充磁角以每块永磁 体中心作为 参考点。 3.根据权利要求1所述的基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱 方法， 其特 征在于， S4的Halbac h永磁体阵列的极弧系数之比为0.5:0.75:0.8。 4.根据权利要求1所述的基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱 方法， 其特征在于， 步骤S6中充磁角β2和β3的变化范围分别为[80 °,85°]以及[60 °,65°]， 变 化范围内选取的步长为1 °。 5.根据权利要求1所述的基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱 方法， 其特征在于， 步骤S8中如果充磁角 β3增加， 转矩脉动增加， 那么其充磁角 β3应向减小的 方向调整， 且其变化范围是[55 °,60°]， 变化范围内的步长为1 °， 这种情况下转矩脉动出现 极小值时的β3， 即为β3′。 6.根据权利要求1所述的基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱 方法， 其特征在于， 步骤S 9中如果充磁角 β2增加， 转矩脉动增加， 那么其充磁角 β2应向减小的 方向调整， 且其变化范围是[80 °,75°]， 变化范围内的步长为1 °， 这种情况下转矩脉动出现 极小值时的β2， 即为β2′。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114844267 A 2基于单边Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱 方法 技术领域 [0001]本发明涉及电机设计方法技术领域， 尤其涉及一种内外定子槽数相同且内外定子 位置偏差90 °电角度的表贴式径向充磁式双定 子永磁同步电动机的转矩脉动削弱方法。 背景技术 [0002]转矩脉动是表征电动机输出转矩稳定性好坏的关键指标， 越低的转矩脉动意味着 电动机输出的转矩越稳定， 越不 易随时间变化， 波动越小。 [0003]在传统单定子永磁同步电动机中， 采用Halbach永磁体阵列是一种降低电机转矩 脉动效果较好的手段， 同样地， 双定子拓扑的电机也可以采用该手段较低转矩脉动， 但是一 方面Halbach阵列成本相对较高， 另一方面双定子电机的转矩脉动由内外电机共同决定， 由 于外电机通常转矩脉动更大， 因此可以将 外电机的永磁体换成Halbach阵列， 调整阵列的充 磁角从而达到降低转矩脉动的目的， 但由于是双定子的结构， 充磁角的寻找与单定子情况 有所不同。 发明内容 [0004]本发明针对双定子表贴式永磁同步电动机的转矩脉动， 提供一种基于单边 Halbach阵列的双定子永磁同步电机转矩脉动削弱方法， 是基于单边Halbach永磁体阵列寻 找最优充磁角度的双定子永磁同步电动机的转矩脉动降低方法， 该方法针对内外定子槽数 相同且内外定子位置偏差90 °电角度的表贴式径向充磁式双定子永磁同步电动机， 这种 方 法在降低转矩脉动中具有显著效果， 使电机的输出 更加稳定 。 [0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的， 基于单边Halbach阵列的双定子永磁 同步电机转矩脉动削弱方法， 包括如下步骤： [0006]S1、 将一台表贴式双定子永磁同步电动机， 拆分成内外两个电机， 具体的， 步骤S1 将一台表贴式双定子永磁同步电动机， 拆分成内外两个电机， 以得到外电机为例， 拆分时， 将外定子， 转子以及转子靠近外定子一侧的永磁体作为一个整体得到外电机， 实际仿真中 只需将内定子激励以及内定子与转子之 间的永磁体剩余磁密置零即可(即该拆分内外电机 是在仿真软件中实现的)； [0007]S2、 在保持给定激励不变的情况下， 分别对内外电机的转矩进行有限元仿真， 得到 内外电机转矩 谐波的幅值； [0008]S3、 比较内外电机转矩谐波的最大幅值的大小， 如外电机的转矩谐波的最大幅值 为内电机的1.5倍及以上则可继续 步骤S4， 否则， 该 方法不适用； [0009]S4、 将外电机每一个磁极的永磁体替换为由5块不同充磁角的永磁体， 充磁角度分 别为β1、 β2和β3， 最大体积的永磁 体其充磁角度为β1， 且β1为90°； [0010]S5、 初步选择充磁角 β2与β3分别为80 °和60°； [0011]S6、 将充磁角向增加的方向调整， 得到整个电机的转矩脉动统计结果图， 该步骤中说　明　书 1/4 页 3 CN 114844267 A 3