本發(fā)明涉及到永磁同步電機的設(shè)計，特別是永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動的降低方法，屬于電機制造的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今永磁電機已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從汽車到航空航天的眾多領(lǐng)域，永磁電機都扮演著十分重要的角色。這主要得益于永磁電機的幾個顯著特點，包括高轉(zhuǎn)矩密度、高效率以及重量體積小等。永磁電機采用了高磁能積的磁性材料取代了傳統(tǒng)的勵磁繞組，不僅消除了勵磁繞組帶來的負(fù)面影響，而且簡化了電機的機械結(jié)構(gòu)，使電機運行可靠性提高，機械損耗也相應(yīng)的減小。

雖然永磁電機擁有一系列的優(yōu)點，但對于要求苛刻的高性能應(yīng)用，如電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、伺服電機、風(fēng)力發(fā)電機、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)等應(yīng)用仍然面臨許多困難。這些應(yīng)用對電機的工作穩(wěn)定性方面提出了很高的要求，即電機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動要盡可能小，從而實現(xiàn)平穩(wěn)精確的推力傳動，因此研究削減齒槽轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)矩脈動是非常具有價值的。

目前，對于轉(zhuǎn)矩脈動的抑制，國內(nèi)外都有比較深入的研究，如優(yōu)化極弧系數(shù)、在轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子槽表面開孔、轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心等方法。這些方法普遍的一個缺點，就是電機的平均轉(zhuǎn)矩會隨著轉(zhuǎn)矩脈動的減小而大幅下降，也就是說轉(zhuǎn)矩脈動和平均轉(zhuǎn)矩是兩個相互掣肘的性能指標(biāo)。所以，在準(zhǔn)確分析轉(zhuǎn)矩脈動來源成分的基礎(chǔ)上減小轉(zhuǎn)矩脈動的同時，如何保持轉(zhuǎn)矩密度的性能不下降或者盡量將平均轉(zhuǎn)矩下降值減小到最低，是需要重點研究的方向。

其次，對于磁極偏移法，現(xiàn)有技術(shù)只針對于齒槽轉(zhuǎn)矩的降低。而在目前應(yīng)用廣泛的內(nèi)嵌式或表嵌式電機當(dāng)中，轉(zhuǎn)矩脈動的來源不僅僅局限于齒槽轉(zhuǎn)矩，它還可能來源于永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，而齒槽轉(zhuǎn)矩只占據(jù)總轉(zhuǎn)矩脈動的極小部分。在此基礎(chǔ)上，只局限于齒槽轉(zhuǎn)矩的分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以，如何快速準(zhǔn)確有效地降低轉(zhuǎn)矩脈動中的主要來源成分，是需要重點研究的方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提出了一種盡量減少平均轉(zhuǎn)矩?fù)p失的轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法。在準(zhǔn)確分析轉(zhuǎn)矩脈動來源成分的基礎(chǔ)上，合理選擇永磁磁極的重復(fù)單元并將其間隔性偏移，在有效降低轉(zhuǎn)矩脈動的基礎(chǔ)上，綜合考慮永磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩成分，削弱轉(zhuǎn)子不對稱對轉(zhuǎn)矩出力的影響，減小平均轉(zhuǎn)矩的損失。同時，有效地降低不對稱轉(zhuǎn)子對電機的振動噪聲產(chǎn)生的影響。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：降低永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動的方法，包括以下步驟：

步驟l，對目標(biāo)電機的極槽配比進(jìn)行分析，根據(jù)轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子槽數(shù)的關(guān)系，計算一個電周期內(nèi)轉(zhuǎn)矩脈動的波動周期數(shù)，確定其總體波動趨勢；

步驟2，計算能夠產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的最小磁極數(shù)N₀，將電機轉(zhuǎn)子和永磁體模塊化；通過模塊化分析，使得每個模塊中的永磁磁極能夠產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，包括轉(zhuǎn)矩幅值和相位，在此前提下，保證模塊中的磁極數(shù)最少，并以此作為一個基本重復(fù)單元；

步驟3，將兩個或多個基本重復(fù)單元合并，組成新的重復(fù)單元，這些新的重復(fù)單元同樣可以產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩幅值和波形；確定不同新重復(fù)單元的個數(shù)，以供磁極偏移的時候選擇；

步驟4，分析轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩脈動主要來源成分，并對它們的產(chǎn)生進(jìn)行模塊化分析，確定轉(zhuǎn)矩脈動中各個成分所產(chǎn)生的基本重復(fù)單元，計算各個基本重復(fù)單元中的最小磁極數(shù)N_i0；

步驟5，綜合考慮N₀和各個N_i0，合理選擇偏移重復(fù)單元；并根據(jù)所選重復(fù)單元內(nèi)磁極數(shù)量b，確定重復(fù)單元數(shù)q和最大可偏移次數(shù)N；

步驟6，為了削弱轉(zhuǎn)矩脈動中的1次主要諧波，計算一次偏移的準(zhǔn)確角度θ₁，對所選的重復(fù)單元進(jìn)行第一次偏移；

步驟7，為了削弱轉(zhuǎn)矩脈動中的2次主要諧波，計算二次偏移的準(zhǔn)確角度θ₂，在第一次磁極偏移的基礎(chǔ)上，重新劃分重復(fù)單元，對新的重復(fù)單元進(jìn)行第二次偏移；

步驟8，如果空間允許，為了削弱轉(zhuǎn)矩脈動中的n次主要諧波，計算n次偏移的準(zhǔn)確角度θ_n，在前n-1次偏移的基礎(chǔ)上，進(jìn)行第n次劃分重復(fù)單元，并進(jìn)行第n次偏移。

進(jìn)一步，所述步驟1中的轉(zhuǎn)矩脈動的波動周期數(shù)計算公式為：

其中，T_ripple表示一個電周期內(nèi)轉(zhuǎn)矩脈動的波動周期數(shù)；N_s表示電機的槽數(shù)，N_p表示電機的極對數(shù)，N_ps表示電機槽數(shù)與極數(shù)的最小公倍數(shù)N_ps＝LCM(N_s，2N_p)。

進(jìn)一步，所述步驟2中基本重復(fù)單元是指能夠產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩波形的最小永磁磁極數(shù)，這些轉(zhuǎn)矩波形具有相同的幅值和相位。

進(jìn)一步，所述步驟2中基本重復(fù)單元內(nèi)最小永磁磁極數(shù)的計算公式為：其中，N₀表示基本重復(fù)單元內(nèi)的最小永磁磁極數(shù)，N_s表示電機的槽數(shù)。

進(jìn)一步，所述步驟3中的新的重復(fù)單元是由k個基本重復(fù)單元所組成，其永磁磁極數(shù)為kN₀。

進(jìn)一步，所述步驟4中的轉(zhuǎn)矩脈動主要來源成分包括：齒槽轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩；它們相對應(yīng)的基本重復(fù)單元中的最小永磁磁極數(shù)分別記為N₁₀，N₂₀，N₃₀。

進(jìn)一步，所述步驟5中：

所選重復(fù)單元內(nèi)磁極數(shù)量b，重復(fù)單元數(shù)q和最大偏移次數(shù)N滿足以下關(guān)系：

N取整數(shù)；

所選重復(fù)單元內(nèi)磁極數(shù)量b，重復(fù)單元數(shù)q和最大偏移次數(shù)N確定之后，則電機總轉(zhuǎn)矩則可表示為各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和，即其中，T_i為各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

進(jìn)一步，所述步驟6中，偏移的角度計算過程為：

步驟6.1，電機的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可表示為轉(zhuǎn)矩均值和轉(zhuǎn)矩脈動之和，具體如下：

其中，T_{all_av}表示轉(zhuǎn)矩平均值，T_{all_rip}表示轉(zhuǎn)矩脈動，根據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動的周期性，可以將其表示成為上述傅里葉級數(shù)形式；

步驟6.2，電機的轉(zhuǎn)矩T可表示為各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T_i之和，而各分量T_i也可表示為平均值和脈動之和；在此基礎(chǔ)上，若某個磁極重復(fù)單元被偏移θ之后，該重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩僅在相位上發(fā)生改變，即

步驟6.3，最終的總的轉(zhuǎn)矩脈動則為未被偏移的重復(fù)單元和已被偏移的重復(fù)單元分別產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動相疊加：

步驟6.4，考慮轉(zhuǎn)矩的平均值，則輸出轉(zhuǎn)矩可進(jìn)一步表示為

其中，T_pavj表示第j個重復(fù)單元產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩，在磁極偏移之前，各重復(fù)單元產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩相同，即T_pavj＝T_pav；

步驟6.5，永磁體重復(fù)單元被偏移之后，使得轉(zhuǎn)子稍有不對稱，每個重復(fù)單元的平均轉(zhuǎn)矩有微小的變化，但是這種變化很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)矩脈動的含量；具體關(guān)系如下，

其中，

上式中的T_r即為轉(zhuǎn)矩脈動的主要成分，應(yīng)作為主要分析對象；利用三角函數(shù)公式，將其化簡得：

步驟6.6，若想削弱轉(zhuǎn)矩脈動，則需要使得T_r盡可能小，在極限情況下，T_r＝0，則有偏移的角度為：或其中，θ_n表示消除轉(zhuǎn)矩脈動中n次諧波時需要重復(fù)單元偏移的角度；當(dāng)n＝1時，磁極偏移θ₁可消除轉(zhuǎn)矩脈動中的1次主要諧波；當(dāng)n＝2時，磁極偏移θ₂可消除轉(zhuǎn)矩脈動中的2次主要諧波。

進(jìn)一步，所述步驟6中的一次偏移是將選擇的重復(fù)單元間隔性偏移，偏移角度為θ₁。

進(jìn)一步，所述步驟7中的二次偏移是指在一次偏移的基礎(chǔ)上，將已被偏移的重復(fù)單元以及其相鄰的一個未被偏移的重復(fù)單元作為整體，劃分為新的重復(fù)單元；然后將新的重復(fù)單元間隔性偏移，偏移角度為θ₂；二次偏移必須與一次偏移同方向。

本發(fā)明采用的有益效果是：

1.本發(fā)明中的永磁同步電機進(jìn)行磁極偏移后，不局限于降低齒槽轉(zhuǎn)矩帶來的轉(zhuǎn)矩脈動，還能夠有效地減小永磁轉(zhuǎn)矩或磁阻轉(zhuǎn)矩帶來轉(zhuǎn)矩脈動，優(yōu)化反電勢以及減小最終的輸出轉(zhuǎn)矩脈動，使電機在穩(wěn)定性方面有明顯的提升。

2.本發(fā)明的磁極偏移法，綜合考慮產(chǎn)生總轉(zhuǎn)矩的基本重復(fù)單元中最小磁極數(shù)N₀和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動各個來源成分的基本重復(fù)單元中最小磁極數(shù)N_i0。在減小輸出轉(zhuǎn)矩脈動的情況下，保持電機的平均轉(zhuǎn)矩幾乎沒有下降，比較全面的提高電機的性能。

3.本發(fā)明的電機磁極偏移法中包含偏移重復(fù)單元的多種選擇，能夠根據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動的主要來源成分，合理的選擇偏移重復(fù)單元，使得不同的電機可以達(dá)到類似的效果。

4.本發(fā)明的電機磁極偏移法中包含多次偏移效果，能夠通過深入削弱轉(zhuǎn)矩脈動中的不同類次諧波，根據(jù)需求深度降低轉(zhuǎn)矩脈動。

5.本發(fā)明中電機磁極偏移法通過選擇合適的重復(fù)單元進(jìn)行磁極偏移，盡可能少地引入電機的徑向力。與傳統(tǒng)的磁極偏移法相比，可以有效降低轉(zhuǎn)子不對稱對電機的振動噪聲產(chǎn)生的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中電機磁極偏移法以及重復(fù)單元的選取示意圖；(a)為原電機永磁體分布示意圖；(b)為一次偏移后永磁體分布示意圖；(c)為二次偏移后永磁體分布示意圖。

圖2為本發(fā)明中永磁同步電機(原電機)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中原電機和原電機磁極偏移(實施例電機)的磁阻轉(zhuǎn)矩比較圖。

圖4為本發(fā)明中原電機和實例電機的磁阻轉(zhuǎn)矩諧波分析圖。

圖5為本發(fā)明中原電機和實施例電機的永磁轉(zhuǎn)矩比較圖。

圖6為本發(fā)明中原電機和實例電機的永磁轉(zhuǎn)矩諧波分析圖。

圖7為本發(fā)明中原電機和實施例電機的反電勢比較圖。

圖8為本發(fā)明中原電機和實施例電機的反電勢諧波分析圖。

圖9為本發(fā)明中原電機和實施例電機的輸出轉(zhuǎn)矩比較圖。

圖10為本發(fā)明中原電機和實施例電機的輸出轉(zhuǎn)矩諧波分析圖。

圖11為現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明中磁極偏移法的電機徑向力諧波分析圖。

圖12為本發(fā)明磁極偏移法的流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖2所示，三相表嵌式永磁同步電機包括外定子1和內(nèi)轉(zhuǎn)子2；所述外定子1包括48個定子槽和嵌在其中的電樞繞組4；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子2包括轉(zhuǎn)子鐵芯和8個永磁磁極3和6個通風(fēng)孔5。

下面以三相表嵌式永磁同步電機為例，其方法步驟如圖12所示。

1)對目標(biāo)電機的極槽配比進(jìn)行分析，根據(jù)轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子槽數(shù)的關(guān)系，計算一個電周期

內(nèi)轉(zhuǎn)矩脈動的波動周期數(shù)，確定其總體波動趨勢。轉(zhuǎn)矩脈動的波動周期數(shù)計算公式

為：轉(zhuǎn)矩脈動的波動周期數(shù)計算結(jié)果為T_ripple＝12。其中，N_s＝48，N_p＝4；

N_ps＝LCM(48，8)＝48。該目標(biāo)電機包括：表貼式、表嵌式和內(nèi)嵌式永磁同步電機。

2)對計算轉(zhuǎn)子上能夠產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的最小磁極數(shù)N₀，將電機轉(zhuǎn)子和永磁體模塊化。通過模塊化分析，使得每個模塊中的永磁磁極能夠產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩，包括轉(zhuǎn)矩幅值和相位，在此前提下，保證模塊中的磁極數(shù)最少，并以此作為一個基本重復(fù)單元。基本重復(fù)單元內(nèi)最小永磁磁極數(shù)的計算公式為：其中，N₀表示基本重復(fù)單元內(nèi)的最小永磁磁極數(shù)，N_s表示電機的槽數(shù)。

所述步驟2)中根據(jù)重復(fù)單元中的最小永磁磁極數(shù)的計算公式計算得出N₀＝1。

所述步驟2)中的磁極數(shù)2N_p＝8，根據(jù)重復(fù)單元中的磁極數(shù)N_0p，將電機轉(zhuǎn)子模塊化，將電機轉(zhuǎn)子劃分為8個基本模塊，每個基本重復(fù)單元為一個基本模塊。

如圖1(a)所示，原電機共有8個磁極(M1-M8)，每個磁極作為一個基本重復(fù)單元，共有8個基本重復(fù)單元。

3)將兩個或多個基本重復(fù)單元合并，可組成新的重復(fù)單元，這些新的重復(fù)單元同樣可以產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)矩幅值和波形。確定不同重復(fù)單元的個數(shù)，以供磁極偏移的時候選擇。

所述步驟3)中的“新的重復(fù)單元”是由k個基本重復(fù)單元所組成，所以其永磁磁極數(shù)為kN₀，k＝1，2，4。共有3種不同的重復(fù)單元可供選擇。

4)分析轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩脈動主要來源成分，并對它們的產(chǎn)生進(jìn)行模塊化分析，確定轉(zhuǎn)矩脈動中各個成分所產(chǎn)生的基本重復(fù)單元，計算各個基本重復(fù)單元中的最小磁極數(shù)N_i0。

原電機各轉(zhuǎn)矩成分如下表1所示，原電機的轉(zhuǎn)矩脈動為35.9％，其中的齒槽轉(zhuǎn)矩百分比僅為1.3％，而磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩脈動比例分別為22％和12％。由此可見，原電機的轉(zhuǎn)矩脈動主要來源成分是磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩。

表1

所述步驟4)中的產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的基本重復(fù)單元中最小磁極數(shù)N₂₀＝1，產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩的基本重復(fù)單元中最小磁極數(shù)N₃₀＝2。

5)綜合考慮N₀和各個N_i0，合理選擇偏移重復(fù)單元；并根據(jù)所選重復(fù)單元內(nèi)磁極數(shù)量b，確定重復(fù)單元數(shù)q和最大可偏移次數(shù)N。

該步驟中所選重復(fù)單元內(nèi)磁極數(shù)量b，重復(fù)單元數(shù)q和最大偏移次數(shù)N確定之后，則電機總轉(zhuǎn)矩則可表示為各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和，即

其中，T_i為各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

所選重復(fù)單元內(nèi)磁極數(shù)量b，重復(fù)單元數(shù)q和最大偏移次數(shù)N滿足以下關(guān)系：

N取整數(shù)。

所述步驟2)中原電機產(chǎn)生總轉(zhuǎn)矩的重復(fù)單元中最小永磁磁極數(shù)N₀＝1。

所述步驟4)中的產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩的基本重復(fù)單元中最小磁極數(shù)N₂₀＝1，產(chǎn)生永磁轉(zhuǎn)矩的基本重復(fù)單元中最小磁極數(shù)N₃₀＝2。

綜合分析N₀、N₂₀和N₃₀，為了綜合考慮磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩，選取2個基本重復(fù)單元(最小磁極數(shù)2)作為一次偏移的重復(fù)單元，即b＝2。

在此基礎(chǔ)上，所述步驟5)中的最大偏移次數(shù)N＝2，最多可以偏移2次。

如圖1(b)所示，選取一對永磁磁極(即2個基本重復(fù)單元)，則共有4個一次重復(fù)單元，即(M1，M2)，(M3，M4)，(M5，M6)，(M7，M8)。此重復(fù)單元是為了消除轉(zhuǎn)矩脈動中的第1次主要諧波含量，故稱為一次重復(fù)單元。

6)為了削弱轉(zhuǎn)矩脈動中的1次主要諧波，計算一次偏移的角度θ₁，對所選的重復(fù)單元進(jìn)行第一次偏移。偏移的角度計算過程為：

步驟6.1，電機的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可表示為轉(zhuǎn)矩均值和轉(zhuǎn)矩脈動之和，具體如下：

其中，T_{all_av}表示轉(zhuǎn)矩平均值，T_{all_rip}表示轉(zhuǎn)矩脈動。根據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動的周期性，可以將其表示成為上述傅里葉級數(shù)形式；

步驟6.2，電機的轉(zhuǎn)矩T可表示為各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T_i之和，而各分量T_i也可表示為平均值和脈動之和；在此基礎(chǔ)上，若某個磁極重復(fù)單元被偏移θ之后，該重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩僅在相位上發(fā)生改變，即

步驟6.3，最終的總的轉(zhuǎn)矩脈動則為未被偏移的重復(fù)單元和已被偏移的重復(fù)單元分別產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動相疊加：

步驟6.4，在此基礎(chǔ)上，考慮轉(zhuǎn)矩的平均值，則輸出轉(zhuǎn)矩可進(jìn)一步表示為

其中，T_pavj表示第j個重復(fù)單元產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩，在磁極偏移之前，各重復(fù)單元產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩相同，即T_pavj＝T_pav；

步驟6.5，永磁體重復(fù)單元被偏移之后，使得轉(zhuǎn)子稍有不對稱，每個重復(fù)單元的平均轉(zhuǎn)矩有微小的變化，但是這種變化很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)矩脈動的含量；具體關(guān)系如下，

其中，

上式中的T_r即為轉(zhuǎn)矩脈動的主要成分，應(yīng)作為主要分析對象；利用三角函數(shù)公式，將其化簡得：

步驟6.6，若想削弱轉(zhuǎn)矩脈動，則需要使得T_r盡可能小，在極限情況下，T_r＝0，則有或其中，θ_n表示消除轉(zhuǎn)矩脈動中n次諧波時需要重復(fù)單元偏移的角度。當(dāng)n＝1時，磁極偏移θ₁可消除轉(zhuǎn)矩脈動中的1次主要諧波；當(dāng)n＝2時，磁極偏移θ₂可消除轉(zhuǎn)矩脈動中的2次主要諧波。

該步驟中的一次偏移的磁極偏移角度是指，當(dāng)n＝1時，經(jīng)計算所得θ₁＝180°/48＝3.75°。然后，將所選的一次重復(fù)單元間隔性偏移。如圖1(b)所示，一次重復(fù)單元(M1，M2)和(M5，M6)被逆時針偏移θ₁角度，(M3，M4)和(M7，M8)保持不變。

7)為了削弱轉(zhuǎn)矩脈動中的2次主要諧波，計算二次偏移的額外角度θ₂，在第一次磁極偏移的基礎(chǔ)上，對重復(fù)單元進(jìn)行第二次偏移。二次偏移是指在一次偏移的基礎(chǔ)上，將已被偏移的重復(fù)單元以及其相鄰的一個未被偏移的重復(fù)單元作為整體，劃分為新的重復(fù)單元；然后將新的重復(fù)單元間隔性偏移，偏移角度為θ₂。

所述步驟7)中的二次偏移是為了消除轉(zhuǎn)矩脈動中的第2次主要諧波含量，故磁極偏移的額外角度是指，當(dāng)n＝2時，經(jīng)計算所得θ₂＝180°/2×48＝1.875°。

如圖1(c)所示，在一次偏移的基礎(chǔ)上，將已被偏移的重復(fù)單元(M1，M2)和與其相鄰的一個未被偏移的重復(fù)單元(M3，M4)作為整體，劃分為二次重復(fù)單元(M1，M2，M3，M4)。(M5，M6，M7，M8)是另外一個二次重復(fù)單元。然后，將二次重復(fù)單元間隔性偏移，即(M1，M2，M3，M4)額外地偏移θ₂角度。(M5，M6，M7，M8)保持一次偏移之后的狀態(tài)不變。二次偏移必須與一次偏移同方向。

重復(fù)單元所需偏移的角度具體如下表2所示。

表2

圖2為表嵌式永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明以其為原電機，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行磁極偏移，得到實施例電機，將兩者的性能相比較，說明本發(fā)明的有益效果。圖3和圖4分別表示原電機和實施例電機的磁阻轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)矩脈動的主要來源之一)及其諧波分析方面的比較。由圖3可知，在運用一次磁極偏移法之后，與原電機相比，實施例電機的磁阻轉(zhuǎn)矩峰峰值有了大幅的降低，從原來的52.5Nm下降到了25.2Nm。在運用二次磁極偏移法之后，磁阻轉(zhuǎn)矩峰峰值有了進(jìn)一步的降低，從25.2Nm下降到了14.2Nm。同時，從圖4也可以看出，1次主要諧波(6^th諧波)和2次主要諧波(12^thth諧波)依次被消除。

圖5和圖6分別表示原電機和實施例電機的永磁轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)矩脈動的另一主要來源)及其諧波分析方面的比較。如圖5所示，在運用二次磁極偏移法之后，與原電機相比，實施例電機的永磁轉(zhuǎn)矩峰峰值有了大幅的降低，從原來的49.1Nm下降到了11.9Nm。同時，從圖6也可以看出，主要階次諧波(6^th諧波)被消除。

圖7和圖8分別表示原電機和實施例電機在反電勢及其諧波分析方面的比較。如圖7所示，實施例電機反電勢正弦度相比于原電機有了明顯的提升。除此之外，如圖8所示，電機進(jìn)行磁極偏移后，不僅次諧波的含量減少了，而且基波的幅值幾乎與原電機保持不變，這表示電機在轉(zhuǎn)矩脈動方面的性能有了很大的提升的同時，平均轉(zhuǎn)矩基本保持不變。

圖9和圖10反映了原電機和實施例電機在最終的輸出轉(zhuǎn)矩及其諧波分析方面的比較。由圖9可知，經(jīng)過磁極偏移之后，效果明顯。實施例電機的轉(zhuǎn)矩脈動有了大幅的降低，在運用一次磁極偏移法之后，轉(zhuǎn)矩脈動從原來的35.9％下降到了12.7％。在運用二次磁極偏移法之后，轉(zhuǎn)矩脈動有了進(jìn)一步的降低，從12.7％下降到了7.9％。同時從圖10也可以看出，1次主要諧波(6^th諧波)和2次主要諧波(12^th諧波)依次被消除。

圖11反映了現(xiàn)有技術(shù)中和本發(fā)明中磁極偏移法的電機徑向力諧波分析方面的比較。由圖11可知，現(xiàn)有技術(shù)中采用磁極偏移削弱齒槽轉(zhuǎn)矩之后，電機的徑向力存在的最低諧波階數(shù)較低，為3次諧波，且其他高次諧波幅值較高；而本發(fā)明中采用磁極偏移削弱磁阻轉(zhuǎn)矩和永磁轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的脈動之后，電機的徑向力存在的最低諧波為5次諧波，并且其諧波幅值小于現(xiàn)有技術(shù)磁極偏移法中的相應(yīng)幅值。此外，從總體上看本發(fā)明中的實例電機在磁極偏移之后，存在的諧波階數(shù)遠(yuǎn)少于現(xiàn)有技術(shù)的實例電機。所以，本發(fā)明中的磁極偏移法，可以有效降低轉(zhuǎn)子不對稱帶來的電機的振動噪聲。

綜上，本發(fā)明公開了永磁同步電機的磁極偏移法，通過選擇合適的重復(fù)單元進(jìn)行偏移，以減小電機的轉(zhuǎn)矩脈動主要來源、優(yōu)化反電勢，且保證整體輸出轉(zhuǎn)矩脈動幾乎不變。在基于電動汽車應(yīng)用設(shè)計的永磁同步電機的基礎(chǔ)上，采用磁極偏移法，具體包括：合理選擇永磁磁極重復(fù)單元的方法，一次偏移和二次偏移的偏移方式和角度計算。這些偏移法單獨或多次施加于永磁磁極的重復(fù)單元，可用于降低不同轉(zhuǎn)矩成分(齒槽轉(zhuǎn)矩、磁阻轉(zhuǎn)矩或永磁轉(zhuǎn)矩)所引起的轉(zhuǎn)矩脈動，提升電機的性能。永磁同步電機通過合理選擇偏移磁極，能夠快速計算出磁極偏移的角度。偏移之后，有效的提升反電勢波形的正弦度，通過各重復(fù)單元所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動之間的峰谷相消以減小各類次諧波的含量，達(dá)到減小整體轉(zhuǎn)矩脈動的目的。同時，在保證電機輸出轉(zhuǎn)矩值幾乎不變的情況下，能夠盡量減少徑向力的引入，有效降低轉(zhuǎn)子不對稱帶來的電機的振動噪聲，實現(xiàn)最優(yōu)的效果。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。