CN107769406A - 永磁电机齿槽转矩抑制方法、***、装置及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种永磁电机齿槽转矩抑制方法、***、装置及计算机可读存储介质，包括：利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集；利用预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置；本发明利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集，再按照预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置，精确地提供了抑制目标谐波所需的辅助槽的开槽位置，提高了抑制齿槽转矩的精准度和效果。

Description

永磁电机齿槽转矩抑制方法、***、装置及可读存储介质

技术领域

本发明涉及永磁电机领域，特别涉及一种永磁电机齿槽转矩抑制方法、***、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着高性能永磁材料的出现，以及现代电机控制技术的发展，永磁电机在国民经济各部门的运用越来越广泛。永磁电机具有结构简单、功率密度高、运行可靠等特点。然而，由于永磁电机本身特有机械结构，即电枢表面开槽，当定转子产生相对运动时，处于永磁体极弧部分的电枢齿与永磁体间的磁导基本不变，而与永磁体两侧面对应的由一个或两个电枢齿所构成的一小段区域内，磁导变化大，引起磁场储能的变化，从而产生齿槽转矩，引起输出转矩波动使电机产生振动与噪声，对永磁电机控制***的精度产生较大影响。因此，如何有效地削弱齿槽转矩一直以来都是电机界专家学者研究的一个热点。

现有技术中，削弱永磁电机齿槽转矩的措施有多种，例如采用斜极或者斜槽的方法、采用合适极槽配合的方法、采用不等槽口宽度的方法、采用永磁体分块或磁极偏移的方法、对偏心距或者极弧系数进行优化的方法等，其中，开辅助槽削弱永磁电机的齿槽转矩是一种有效便捷的方法，并取得了良好的效果。永磁电机采用齿冠开矩形辅助槽，通过均匀开槽，优化辅助槽型大小和数量，使齿槽转矩得到降低，但现有技术难以得出最优的辅助槽开槽位置和开槽个数。

因此，如何能精准的抑制永磁同步电机的齿槽转矩，得到最优辅助槽开槽位置和开槽个数，是当前技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁电机齿槽转矩抑制方法、***、装置及计算机可读存储介质，能精准的抑制永磁同步电机的齿槽转矩，得到最优辅助槽开槽位置和开槽个数。其具体方案如下：

一种永磁电机齿槽转矩抑制方法，包括：

利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；

利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置。

可选的，所述利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集的过程，包括：

将所述最小公倍数和所述目标谐波的谐波次数导入位置计算公式，利用所述位置计算公式计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；其中，

所述位置计算公式为：

式中，n为谐波次数，k为非负整数，θ为电枢槽与辅助槽相差的位置角，N_s为所述最小公倍数，即N_s＝LCM(2p,Q)，其中，p为电机永磁体极对数，Q为定子槽数。

可选的，所述利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置的过程，包括：

判断所述辅助槽位置集中是否包括定子齿冠中心线；

如果是，则所述定子齿冠中心线作为所述目标辅助槽的开槽位置；

如果否，则从所述辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置作为所述目标辅助槽的开槽位置。

可选的，所述目标谐波为幅值最大的谐波。

可选的，选取目标辅助槽的开槽位置之后，还包括：

利用有限元分析方法进行参数优化扫描分析出所述目标辅助槽的辅助槽深度。

本发明还公开了一种永磁电机齿槽转矩抑制***，包括：

辅助槽计算模块，用于利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；

辅助槽选定模块，用于利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置。

可选的，所述辅助槽计算模块，具体用于将所述最小公倍数和所述目标谐波的谐波次数导入位置计算公式，利用所述位置计算公式计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；其中，

所述位置计算公式为：

式中，n为谐波次数，k为非负整数，θ为电枢槽与辅助槽相差的位置角，N_s为所述最小公倍数，即N_s＝LCM(2p,Q)，其中，p为电机永磁体极对数，Q为定子槽数。

可选的，所述辅助槽选定模块，包括：

中心线判断单元，用于判断所述辅助槽位置集中是否包括定子齿冠中心线；

第一选定单元，用于如果是，则所述定子齿冠中心线作为所述目标辅助槽的开槽位置；

第二选定单元，用于如果否，则从所述辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置作为所述目标辅助槽的开槽位置。

本发明还公开了一种永磁电机齿槽转矩抑制装置，包括：

存储器，用于存储指令；其中，所述指令包括利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置；

处理器，用于执行所述存储器中的指令。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有永磁电机齿槽转矩抑制程序，所述永磁电机齿槽转矩抑制程序被处理器执行时实现如前述永磁电机齿槽转矩抑制方法的步骤。

本发明中，永磁电机齿槽转矩抑制方法，包括：利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集；利用预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置；本发明利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集，再按照预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置，精确地提供了抑制目标谐波所需的辅助槽的开槽位置，提高了抑制齿槽转矩的精准度和效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种永磁电机齿槽转矩抑制方法流程示意图；

图2为本发明实施例公开的另一种永磁电机齿槽转矩抑制方法流程示意图；

图3为本发明实施例公开的一种永磁电机齿槽转矩抑制***结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种永磁电机齿槽转矩抑制方法，参见图1所示，该方法包括：

步骤S11：利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集。

可以理解的是，抑制目标谐波的目标辅助槽开设于电枢定子齿冠上，因此，目标辅助槽的开槽位置不能超过电枢上定子齿距所占的机械角度，例如，一个12槽的永磁同步电机，每个定子齿距所占的机械角度为30°，所以目标辅助槽的开槽位置将在以定子齿距所占机械角度为基准的0°到30°之间。

需要说明的是，利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出的电枢定子的辅助槽位置不唯一，包括多个可选用的辅助槽位置，形成一个辅助槽位置集，因此，目标谐波对应一个辅助槽位置集，且不同次数的谐波对应不同辅助槽的位置集。具体的，利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集，例如，一个12槽10极的永磁同步电机，其电枢槽数与磁极数量的最小公倍数为60，如对第二次谐波进行抑制，则利用该最小公倍数和目标谐波的谐波次数2，计算出为抑制第二次谐波电枢定子的辅助槽位置集。

步骤S12：利用预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置。

具体的，计算出辅助槽位置集后，需要从中选取优选的目标辅助槽的开槽位置，为此，依据位置选取原则，从辅助槽位置集中选择满足位置选取原则的开槽位置作为目标辅助槽的开槽位置，依据位置选取原则选取的目标辅助槽的开槽位置将均匀分布在铁芯表面，其中，为避免不均匀的槽口宽度引进新的谐波，辅助槽与电枢槽的槽口宽度均一致。

需要说明的是，当计算出永磁同步电机一个定子齿冠上的目标辅助槽的开槽位置后，永磁同步电机其余定子齿冠上的开槽位置均与该定子齿冠上的目标辅助槽的开槽位置相同，例如，计算出12槽的永磁同步电机定子的目标辅助槽的开槽位置为15°，则该永磁同步电机所有定子齿冠上的辅助槽的开槽位置均为各自的15°位置。

可以理解的是，利用本发明实施例的永磁电机齿槽转矩抑制方法，可以针对同一台永磁同步电机的多次谐波进行开设多组辅助槽，从而实现精准抑制永磁同步电机多次谐波，例如，一台永磁同步电机可以利用傅立叶级数对齿槽转矩进行谐波分析，得到一次、二次和三次谐波的谐波幅值均需抑制，利用步骤S11和步骤S12所记载的方法分别对一次、二次和三次谐波进行计算，得到永磁同步电机在电枢定子齿冠上分别对应一次、二次和三次谐波的三组辅助槽的开槽位置，以分别抑制以上述三次谐波，从而实现对永磁同步电机针对性的进行多次谐波抑制。

可见，本发明实施例利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集，再按照预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置，精确地提供了抑制目标谐波所需的辅助槽的开槽位置，提高了抑制齿槽转矩的精准度和效果。

本发明实施例公开了一种具体的永磁电机齿槽转矩抑制方法，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图2所示，具体的：

步骤S21：将最小公倍数和目标谐波的谐波次数导入位置计算公式，利用位置计算公式计算出抑制目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集。

其中，位置计算公式为：

式中，n为谐波次数，k为非负整数，取值范围不超过定子齿距所占机械角度，即θ为电枢槽与辅助槽相差的位置角，N_s为最小公倍数，即N_s＝LCM(2p,Q)，其中，p为电机永磁体极对数，Q为定子槽数，其中，θ的参考方向可以为沿电机旋转方向。

例如，一个12槽10极的永磁同步电机，目标谐波为第二次谐波时，N_s＝60，Q＝12，k∈(0,1,2,3,4，5,6,7,8,9)，n＝2，θ∈(1.5°，4.5°，7.5°，10.5°，13.5°，16.5°，19.5°，22.5°，25.5°，28.5°)。

步骤S22：判断辅助槽位置集中是否包括定子齿冠中心线。

具体的，依据位置选取原则判断辅助槽位置集中是否包括正好位于定子齿冠中心线上的辅助槽位置，例如，一个12槽的永磁同步电机，每个定子齿距所占的机械角度为30°，则定子齿冠中心线为15°，因此，判断辅助槽位置集中是否包括15°的辅助槽位置。

步骤S23：如果是，则定子齿冠中心线作为目标辅助槽的开槽位置。

例如，定子齿冠中心线为15°，辅助槽位置集中包括15°的辅助槽位置，则在定子齿冠的15°作为目标辅助槽的开槽位置，进行开槽。

步骤S24：如果否，则从辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置作为目标辅助槽的开槽位置。

例如，一个12槽10极的永磁同步电机，第一次抑制的目标谐波为二次谐波时，辅助槽位置集包括θ∈(1.5°，4.5°，7.5°，10.5°，13.5°，16.5°，19.5°，22.5°，25.5°，28.5°)，从辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置则选择10.5°和19.5°均作为目标辅助槽的开槽位置；又如，一个12槽10极的永磁同步电机，第一次抑制的目标谐波为一次谐波时，辅助槽位置集包括θ∈(3°，9°，15°，21°，27°)，从辅助槽位置集中选取定子齿冠中心线作为目标辅助槽的开槽位置，即第一组辅助槽位置为15°，而第二次抑制的目标谐波为二次谐波时，辅助槽位置集包括θ∈(1.5°，4.5°，7.5°，10.5°，13.5°，16.5°，19.5°，22.5°，25.5°，28.5°)，从辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置则选择7.5°和22.5°均作为目标辅助槽的开槽位置，此时，该永磁同步电机的电枢定子齿冠上共开设有分别针对一次谐波和二次谐波的两组辅助槽。

可以理解的是，在选择抑制的目标谐波时，可以优先选择幅值最大的谐波进行优先抑制；同时，在选定目标辅助槽的开槽位置后，可以利用有限元分析方法进行参数优化扫描分析出目标辅助槽的辅助槽深度，从而完成对目标辅助槽的开槽，抑制齿槽转矩。

本发明实施例还公开了一种永磁电机齿槽转矩抑制***，参见图3所示，该***包括：

辅助槽计算模块11，用于利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集；

辅助槽选定模块12，用于利用预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置。

可见，本发明实施例利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集，再按照预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置，精确地提供了抑制目标谐波所需的辅助槽的开槽位置，提高了抑制齿槽转矩的精准度和效果。

本发明实施例中，上述辅助槽计算模块11，具体用于将最小公倍数和目标谐波的谐波次数导入位置计算公式，利用位置计算公式计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集；其中，

位置计算公式为：

式中，n为谐波次数，k为非负整数，θ为电枢槽与辅助槽相差的位置角，N_s为最小公倍数，即N_s＝LCM(2p,Q)，其中，p为电机永磁体极对数，Q为定子槽数。

具体的，上述辅助槽选定模块12，包括中心线判断单元、第一选定单元和第二选定单元；其中，

中心线判断单元，用于判断辅助槽位置集中是否包括定子齿冠中心线；

第一选定单元，用于如果是，则定子齿冠中心线作为目标辅助槽的开槽位置；

第二选定单元，用于如果否，则从辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置作为目标辅助槽的开槽位置。

可以理解的是，在选择抑制的目标谐波时，可以优先选择幅值最大的谐波进行优先抑制。

本发明实施例中，还可以包括：

深度计算模块，用于利用有限元分析方法进行参数优化扫描分析出目标辅助槽的辅助槽深度。

本发明实施例还公开了一种永磁电机齿槽转矩抑制装置，该装置包括：

存储器，用于存储指令；其中，指令包括利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出与目标谐波对应的电枢定子的辅助槽位置集；利用预设的位置选取原则，从辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置；

处理器，用于执行存储器中的指令。

关于上述存储器中存储的更加具体的指令可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

另外，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有永磁电机齿槽转矩抑制程序，永磁电机齿槽转矩抑制程序被处理器执行时实现如前述实施例中永磁电机齿槽转矩抑制方法的步骤。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的一种永磁电机齿槽转矩抑制方法、***、装置及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种永磁电机齿槽转矩抑制方法，其特征在于，包括：

利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；

利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置。

2.根据权利要求1所述的永磁电机齿槽转矩抑制方法，其特征在于，所述利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集的过程，包括：

将所述最小公倍数和所述目标谐波的谐波次数导入位置计算公式，利用所述位置计算公式计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；其中，

所述位置计算公式为：

式中，n为谐波次数，k为非负整数，θ为电枢槽与辅助槽相差的位置角，N_s为所述最小公倍数，即N_s＝LCM(2p,Q)，其中，p为电机永磁体极对数，Q为定子槽数。

3.根据权利要求1所述的永磁电机齿槽转矩抑制方法，其特征在于，所述利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置的过程，包括：

判断所述辅助槽位置集中是否包括定子齿冠中心线；

如果是，则所述定子齿冠中心线作为所述目标辅助槽的开槽位置；

如果否，则从所述辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置作为所述目标辅助槽的开槽位置。

4.根据权利要求1所述的永磁电机齿槽转矩抑制方法，其特征在于，所述目标谐波为幅值最大的谐波。

5.根据权利要求1至4任一项所述的永磁电机齿槽转矩抑制方法，其特征在于，选取目标辅助槽的开槽位置之后，还包括：

利用有限元分析方法进行参数优化扫描分析出所述目标辅助槽的辅助槽深度。

6.一种永磁电机齿槽转矩抑制***，其特征在于，包括：

辅助槽计算模块，用于利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；

辅助槽选定模块，用于利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置。

7.根据权利要求6所述的永磁电机齿槽转矩抑制***，其特征在于，所述辅助槽计算模块，具体用于将所述最小公倍数和所述目标谐波的谐波次数导入位置计算公式，利用所述位置计算公式计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；其中，

所述位置计算公式为：

式中，n为谐波次数，k为非负整数，θ为电枢槽与辅助槽相差的位置角，N_s为所述最小公倍数，即N_s＝LCM(2p,Q)，其中，p为电机永磁体极对数，Q为定子槽数。

8.根据权利要求6所述的永磁电机齿槽转矩抑制***，其特征在于，所述辅助槽选定模块，包括：

中心线判断单元，用于判断所述辅助槽位置集中是否包括定子齿冠中心线；

第一选定单元，用于如果是，则所述定子齿冠中心线作为所述目标辅助槽的开槽位置；

第二选定单元，用于如果否，则从所述辅助槽位置集中选取沿定子齿冠中心线对称分布，且均匀分布在铁芯表面的辅助槽位置作为所述目标辅助槽的开槽位置。

9.一种永磁电机齿槽转矩抑制装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储指令；其中，所述指令包括利用永磁同步电机电枢槽数与磁极数量的最小公倍数和目标谐波的谐波次数，计算出抑制所述目标谐波的电枢定子的辅助槽位置集；利用预设的位置选取原则，从所述辅助槽位置集中选取目标辅助槽的开槽位置；

处理器，用于执行所述存储器中的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有永磁电机齿槽转矩抑制程序，所述永磁电机齿槽转矩抑制程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述永磁电机齿槽转矩抑制方法的步骤。