一种降低同步磁阻电机转矩脉动的转子

技术领域

本发明属于同步磁阻电机技术领域，更具体地，涉及一种降低同步磁阻电机转矩脉动的转子。

背景技术

近年来，能源危机已成为世界各国普遍关心的问题之一。据国家能源局发布的2022年1～6月全社会用电量数据显示，我国全社会用电量累计40977亿千瓦时，同比增长2.9％。这其中，我国工业用电占社会用电的70％左右。而工业生产主要用电设备为感应电机，约占工业用电的70％-80％。因此，发展高效电机对于推动节能减排、实现我国经济绿色发展有着重要的意义。

同步磁阻电机转子上无鼠笼结构，显著降低了转子的损耗，提高了电机的效率，相同功率等级下相较于感应电机损耗更低，效率和转矩密度更高，有望取代感应电机，成为新一代工业电机的主力。然而，同步磁阻电机普遍存在转矩脉动大、振动噪声较明显的问题，已成为当前同步磁阻电机研究的热点之一。

在先前的研究中，关于同步磁阻电机转矩脉动降低的主要手段包括：1.转子斜极，该方法已被普遍采用，但仍存在电机的输出转矩损失的问题，导致电机转矩密度降低；2.转子磁障几何参数的设计和优化，但由于同步磁阻电机的转子结构复杂，磁障设计难度较大，该方法普遍存在优化耗时较长的问题；3.合理选择槽极配合以及磁障层数，但该方法对于转矩脉动的抑制效果并不明显。因此，同步磁阻电机的转矩脉动问题，有待进一步研究。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种降低同步磁阻电机转矩脉动的转子，旨在提高转矩脉动的抑制效果和降低设计优化耗时。

为实现上述目的，本发明提出了一种降低同步磁阻电机转矩脉动的转子，利用磁路等效模型，简单快速选择转子磁障尾角，采用转子冲片镜像组合的方式，降低主要次谐波的幅值，进而降低电机转矩脉动。所述转子的冲片开有多组孔槽，每组孔槽所在的区域形成磁极，所述孔槽为磁障，所述转子的冲片为不对称结构，不对称结构包括同一冲片形成的N

以一台双层磁障同步磁阻电机为例，假设外层磁障q轴两侧角度分别为θ

其中：

ε

式中，D为转子外径，L

通过公式(1)发现转矩特性与磁障尾端角度有关，进一步可以得到各次谐波转矩的幅值和相位，选取合适的角度组合将使得电机与磁障形状对称的情形相比具有较低的转矩脉动，而平均转矩略微变化。

在上述设计方案的基础上将转子磁障尾角关于q轴作镜像对称变换，类似地可以得到转矩和各次谐波的波形，观察发现两种结构对应的主要谐波波形存在相位差，将两种转子以一定的叠长比例堆叠组合或在单个转子叠片上组合两种非对称的磁障，可使得该谐波幅值降低，电机转矩脉动进一步降低。

考虑定子开槽，通过仿真分析得到与上述类似的结论，即将非对称磁障转子叠片和其镜像对称结构组合可降低转矩主要次谐波幅值从而降低转矩脉动。N

本发明还提供了一台三层磁障同步磁阻电机，假设外层磁障q轴两侧角度分别为θ

其中：

/>

通过仿真分析得到与上述双层磁障同步磁阻电机类似的结论。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，其基于理论模型指导选取磁障尾端角度，并通过镜像对称结构的组合降低特定次数的转矩谐波，能够提高转子结构设计与优化速度，并且具有更明显的转矩脉动抑制效果。

附图说明

图1是本申请一实施例中非对称磁障同步磁阻电机定转子结构示意图；

图2是本申请一实施例中非对称磁障设计方案与对称磁障方案的18次转矩谐波对比；

图3是本申请一实施例中非对称磁障结构和其镜像对称结构的18次转矩谐波波形对比；

图4是本申请一实施例中由非对称磁障叠片和水平翻转后的叠片组合而成的四分之一转子结构示意图；

图5是本申请一实施例中不同结构同步磁阻电机转矩波形对比；

图6是本申请一实施例中非理想情况下的设计方案与初始方案的转矩波形对比。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。

本发明提出了一种降低同步磁阻电机转矩脉动的转子，利用磁路等效模型，简单快速选择转子磁障尾角，采用转子冲片镜像组合的方式，降低主要次谐波的幅值，进而降低电机转矩脉动。所述转子的冲片开有多组孔槽，每组孔槽所在的区域形成磁极，所述孔槽为磁障，所述转子的冲片为不对称结构，不对称结构包括同一冲片形成的N

以一台双层磁障同步磁阻电机为例，假设外层磁障q轴两侧角度分别为θ

其中，

基于理论模型得到电机转矩性能与磁障尾端角度的关系，通过优化得到输出转矩较高且转矩脉动较低的角度组合θ

一台同步磁阻电机的主要参数如表3-1所示，结构示意图如图1所示。忽略定子开槽，定子相电流幅值为6.89A，当磁障对称，外层与内层磁障两侧尾端与q轴的夹角θ

将转子叠片水平翻转180度后，此时θ

考虑定子开槽并计及饱和，其他条件参数不变，重新选取磁障尾角θ

表3-1电机主要参数

表3-2有限元仿真与理论结果对比

表3-3非理想情况仿真结果

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。