电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机
阅读：183发布：2021-07-04
专利汇可以提供电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种 电机 齿槽 转矩与转矩 波动 的优化方法及表贴式永磁电机，该电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：利用Maxwell仿真 软件 建立表贴式永磁电机仿真模型；基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的 永磁体 厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。本发明技术方案提高了表贴式永磁电机的运行性能。，下面是电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机专利的具体信息内容。
1.一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：
利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型；
基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；
基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；
根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。
2.如权利要求1所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤包括：
在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及模拟表贴式永磁电机以第一预设转速空载运行的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体厚度下的齿槽转矩峰峰值；
在所述表贴式永磁电机的转速保持不变的条件下，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机输入额定电流，得到电机永磁体在不同厚度下的额定转矩波峰值与额定转矩波谷值；
将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数。
3.如权利要求2所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数具体为：
通过第一预设公式 计算得到所述表贴式永磁电机转矩波动系
数；其中，KTb为转矩波动系数，Tmax为额定转矩波峰值，Tmin为额定转矩波谷值。
4.如权利要求1所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤之前包括：
利用所述表贴式永磁电机仿真模型计算得到空载气隙磁密；
对所述空载气隙磁密进行快速傅里叶变换，以得到气隙磁密基波幅值和气隙磁密谐波幅值；
模拟所述表贴式永磁电机以第二预设转速空载运行的条件下，将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率；
根据所述空载气隙磁密谐波畸变率，以判断所述永磁体厚度和所述永磁体偏心距的优化结果。
5.如权利要求4所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率具体为：
通过第二预设公式 计算得出空载气隙磁密谐波畸变率；其
中， 为空载气隙磁密谐波畸变率，Bm1为空载气隙磁密基波幅值，Bmk为各阶次空载气隙磁密谐波幅值，m为空载气隙磁密谐波阶次级。
6.如权利要求5所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果的步骤包括：
在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及所述表贴式永磁电机的最小气隙不变的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体偏心距下的齿槽转矩和转矩波动系数。
7.如权利要求1所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述表贴式永磁电机的磁芯为冷轧无取向硅钢材料。
8.如权利要求7所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述表贴式永磁电机的永磁体厚度范围为1mm-4mm。
9.如权利要求7所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法，其特征在于，所述表贴式永磁电机的永磁体偏心距的长度范围为5mm-30mm。
10.一种表贴式永磁电机，其特征在于，所述表贴式永磁电机包括如权利要求1-9任一所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法。
电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机
技术领域
[0001] 本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机。
背景技术
[0002] 随着永磁电机的发展，在各种机器人及高端工业智能装备中，为其提供动力的伺服电机是核心功能部件之一，而高性能的永磁无刷力矩伺服电机是其中典型代表之一。在永磁无刷力矩伺服电机中转速、转矩以及生产成本均与极数联系密切，其中具有的齿槽转矩可以直接影响发电机的运行性能，因此电机齿槽转矩对电机起着至关重要的作用。
发明内容
[0003] 本发明的主要目的是提出一种电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法及表贴式永磁电机，旨在提高表贴式永磁电机的运行性能。
[0004] 为实现上述目的，本发明提出的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：
[0006] 基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；
[0007] 基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；
[0008] 根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。
[0009] 可选地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤包括：
[0010] 在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及模拟表贴式永磁电机以第一预设转速空载运行的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体厚度下的齿槽转矩峰峰值；
[0011] 在所述表贴式永磁电机的转速保持不变的条件下，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机输入额定电流，得到电机永磁体在不同厚度下的额定转矩波峰值与额定转矩波谷值；
[0012] 将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数。
[0013] 可选地，所述将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数具体为：
[0014] 通过第一预设公式 计算得到所述表贴式永磁电机转矩波动系数；其中，KTb为转矩波动系数，Tmax为额定转矩波峰值，Tmin为额定转矩波谷值。
[0015] 可选地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤之前包括：
[0016] 利用所述表贴式永磁电机仿真模型计算得到空载气隙磁密；
[0017] 对所述空载气隙磁密进行快速傅里叶变换，以得到气隙磁密基波幅值和气隙磁密谐波幅值；
[0018] 模拟所述表贴式永磁电机以第二预设转速空载运行的条件下，将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率；
[0019] 根据所述空载气隙磁密谐波畸变率，以判断所述永磁体厚度和所述永磁体偏心距的优化结果。
[0020] 可选地，所述将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率具体为：
[0021] 通过第二预设公式 计算得出空载气隙磁密谐波畸变率；其中， 为空载气隙磁密谐波畸变率，Bm1为空载气隙磁密基波幅值，Bmk为各阶次空载气隙磁密谐波幅值，m为空载气隙磁密谐波阶次级。
[0022] 可选地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果的步骤包括：
[0023] 在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及所述表贴式永磁电机的最小气隙不变的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体偏心距下的齿槽转矩和转矩波动系数。
[0025] 可选地，所述表贴式永磁电机的永磁体厚度范围为1mm-4mm。
[0026] 可选地，所述表贴式永磁电机的永磁体偏心距的长度范围为5mm-30mm。
[0027] 本发明还提出一种表贴式永磁电机，所述表贴式永磁电机包括如上所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法。
[0028] 本发明技术方案通过Maxwell软件建立表贴式永磁电机仿真模型，对表贴式永磁电机仿真模型中涉及的永磁体厚度、偏心距进行优化，以确定表贴式永磁电机的机械结构。进一步地，在建立了表贴式永磁电机仿真模型后，通过对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，从而增加气隙磁密和等效磁阻，得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；通过对电机的偏心距进行有限元仿真分析，优化了空载气隙磁密，使定子齿部磁密分布均匀，得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，以达到减小电机齿槽转矩与转矩波动的目的。由于电机空载反电势随着电机永磁体厚度的增加而增大，电机空载反电势随着电机永磁体偏心距的增加而减小，通过对永磁体厚度和偏心距的优化，将第一优化结果和第二优化结果结合分析，即可根据永磁电机结合后的齿槽转矩和转矩波动的优化结果，确定表贴式永磁电机的优化机械结构。本发明技术方案提高了表贴式永磁电机的运行性能。
附图说明
附图说明
[0029] 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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0030] 图1为本发明电机齿槽转矩的优化方法一实施例的流程示意图；
[0032] 图3为本发明表贴式永磁电机中空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值随永磁体厚度变化的曲线示意图；
[0033] 图4为本发明表贴式永磁电机中空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值随永磁体偏心距变化的曲线示意图；
[0034] 图5为本发明表贴式永磁电机中输出转矩随绕组电流变化的曲线示意图。
[0035] 本发明目的的实现、功能特点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0036] 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的一部分实施例，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作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。
[0037] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0038] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0039] 本发明提出一种电机齿槽转矩的优化方法，应用于表贴式永磁电机。按照永磁电机的转子永磁体磁极在转子上的位置不同包括：表贴式、内嵌式和爪极式等各种形式。其中表贴式转子结构的制造工艺简单，成本低，应用广泛，对于高速永磁电机，有的电机转子采用表贴式电机转子，其电机转子一般包括护套、永磁体、铁芯、转轴、端板，铁芯套在转轴上，永磁体位于铁芯外侧，护套位于永磁体径向外侧，包住永磁体，端板位于永磁体轴向两侧，可以减少涡流损耗和提高护套的强度。
[0040] 在本发明一实施例中，如图1所示，所述电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法包括：
[0041] 步骤S100，利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型；
[0042] 步骤S200，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；
[0043] 步骤S300，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果；
[0044] 步骤S400，根据电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果和电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，确定所述表贴式永磁电机的机械结构。
[0045] 本实施例中，所述表贴式永磁电机包括定子和转子，所述定子上设有若干齿，相邻齿之间构成槽，所述转子上设有若干对磁瓦，所述表贴式永磁电机中永磁体的极数简称为极，极数即为磁瓦的个数，一个磁瓦中的N和S算两个极。磁瓦主要用在永磁直流电机中，与电磁式电机通过励磁线圈产生磁势源不同，永磁电机是以永磁材料产生恒定磁势源。永磁磁瓦代替电励磁，可使电机结构简单、重量轻、体积小、使用可靠等。
[0046] 本实施例中，首先利用Maxwell仿真软件建立表贴式永磁电机仿真模型，对表贴式永磁电机仿真模型中涉及的永磁体厚度、偏心距进行优化，以确定表贴式永磁电机的机械结构。进一步地，如图2所示为表贴式永磁电机转子结构永磁体磁极结构示意图，为便于永磁体粘接工艺实施以及降低加工成本，永磁体采用等宽设计，永磁体底圆紧贴转子空心轴，即永磁体内圆半径，这样会造成极间气隙变大，等效机械极弧系数降低，总磁通量也随之下降，影响电机的力能指标。因此需要对永磁体磁极的偏心距h、永磁体厚度hm等参数借助有限元计算进行仿真优化分析，最终确定其参数值，以确定表贴式永磁电机转子结构的永磁体磁极机械结构。
[0047] 上述实施例中，对于表贴式永磁电机的永磁体厚度，由于永磁体厚度与永磁电机的齿槽转矩峰峰值、额定转矩波峰值、额定转矩波谷值之间的线性关系，以及永磁体厚度与空载反电势的线性关系。基于表贴式永磁电机仿真模型对永磁体厚度进行优化，从而增加了永磁电机对的气隙磁密和等效磁阻，得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果。即是得到了不同永磁体厚度下的齿槽转矩和转矩波动曲线波动变化数据，通过对得出曲线波动变化数据的比对筛选，使得可以确定表贴式永磁电机的优化机械结构，以提高表贴式永磁电机的运行性能。
[0048] 对于表贴式永磁电机的永磁体偏心距，由于永磁体偏心距与气隙磁密基波幅值、气隙磁密谐波幅值、空载气隙磁密谐波畸变率之间的线性关系，以及永磁体偏心距与空载反电势的线性关系。基于表贴式永磁电机仿真模型对永磁体偏心距进行优化，实现了永磁电机的不等气隙，优化了空载气隙磁密，使得永磁电机的定子齿部磁密分布均匀，得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果。即是得到了不同永磁体偏心距下的齿槽转矩和转矩波动曲线波动变化数据，通过对得出曲线波动变化数据的比对筛选，使得可以确定表贴式永磁电机的优化机械结构，以提高表贴式永磁电机的运行性能。
[0049] 对于上述基于表贴式永磁电机仿真模型对永磁体厚度和偏心距的优化，结合在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果与在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，根据空载反电势与永磁电机的永磁体厚度和永磁体偏心距的线性关系，通过对结合得出线性关系数据比对筛选，确定表贴式永磁电机的优化机械结构，以提高表贴式永磁电机的运行性能。
[0050] 本实施例中，对于表贴式永磁电机的永磁体厚度、偏心距进行了优化，确定了永磁电机的机械结构设计，降低了电机的齿槽转矩及转矩波动；同时也能够降低永磁电机空载气隙磁密基波幅值和空载气隙磁密谐波幅值，并通过空载反电势与永磁电机的永磁体厚度和永磁体偏心距的关系；以及在不同永磁体厚度的情况下，永磁电机的绕组电流与永磁电机的空载输出转矩来观察齿槽转矩的大小。削减了空载气隙磁密谐波畸变率，以此使得降低了永磁电机的齿槽转矩和转矩波动。
[0051] 上述方案通过Maxwell软件建立表贴式永磁电机仿真模型，对表贴式永磁电机仿真模型中涉及的永磁体厚度、偏心距进行优化，以确定表贴式永磁电机的机械结构。进一步地，在建立了表贴式永磁电机仿真模型后，通过对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，从而增加气隙磁密和等效磁阻，得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果；通过对电机的偏心距进行有限元仿真分析，优化了空载气隙磁密，使定子齿部磁密分布均匀，得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果，以达到减小电机齿槽转矩与转矩波动的目的。由于电机空载反电势随着电机永磁体厚度的增加而增大，电机空载反电势随着电机永磁体偏心距的增加而减小，通过对永磁体厚度和偏心距的优化，将第一优化结果和第二优化结果结合分析，即可根据永磁电机结合后的齿槽转矩和转矩波动的优化结果，确定表贴式永磁电机的优化机械结构。本发明技术方案提高了表贴式永磁电机的运行性能。
[0052] 在一实施例中，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤包括：
[0053] 在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及模拟表贴式永磁电机以第一预设转速空载运行的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体厚度下的齿槽转矩峰峰值；
[0054] 在所述表贴式永磁电机的转速保持不变的条件下，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机输入额定电流，得到电机永磁体在不同厚度下的额定转矩波峰值与额定转矩波谷值；
[0055] 将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数。
[0056] 可以理解的是，本方案在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及模拟表贴式永磁电机以第一预设转速空载运行的条件下，通过仿真模型计算获得电机在不同永磁体厚度下的齿槽转矩峰峰值。即是通过仿真模型计算得到表贴式永磁电机在永磁体厚度不同的情况下，表贴式永磁电机齿槽转矩与永磁体厚度的波动变化数据。以通过对齿槽转矩与永磁体厚度波动变化数据的筛选，选择出较低齿槽转矩下的永磁体厚度。
[0057] 本实施例中，所述将所述额定转矩波峰值与所述额定转矩波谷值代入第一预设公式得出所述表贴式永磁电机的转矩波动系数具体为：
[0058] 通过第一预设公式 计算得到所述表贴式永磁电机转矩波动系数；其中，KTb为转矩波动系数，Tmax为额定转矩波峰值，Tmin为额定转矩波谷值。
[0059] 可以理解的是，本方案在保持第一预设转速不变的条件下，基于表贴式永磁电机仿真模型对电机输入额定电流，得到电机永磁体在不同厚度下的额定转矩波峰值与额定转矩波谷值。即是通过仿真模型计算得到表贴式永磁电机在永磁体厚度不同的情况下，表贴式永磁电机转矩波动与永磁体厚度的波动变化数据。以通过对转矩波动与永磁体厚度波动变化数据的筛选，选择出较低转矩波动下的永磁体厚度。
[0060] 上述实施例中，通过表贴式永磁电机齿槽转矩、表贴式永磁电机转矩波动与永磁体厚度的波动变化数据结合，选择出齿槽转矩与转矩波动均较低时的永磁体厚度。以此确定表贴式永磁电机的优化机械结构，提高表贴式永磁电机的运行性能。
[0061] 需要说明的是，第一预设转速为1r/min空载运行，第一预设转速也可以为2r/min、3r/min等，此处不做限定。
[0062] 对于上述实施例，保持第一预设转速为1r/min空载运行时，有如下关于永磁体厚度、齿槽转矩及转矩波动的实验数据，如表1所示：
[0063]
[0064]
[0065] 表1
[0066] 在一实施例中，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的永磁体厚度进行有限元仿真分析，以得到电机在不同永磁体厚度下齿槽转矩与转矩波动的第一优化结果的步骤之前包括：
[0067] 利用所述表贴式永磁电机仿真模型计算得到空载气隙磁密；
[0068] 对所述空载气隙磁密进行快速傅里叶变换，以得到气隙磁密基波幅值和气隙磁密谐波幅值；
[0069] 模拟所述表贴式永磁电机以第二预设转速空载运行的条件下，将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率；
[0070] 根据所述空载气隙磁密谐波畸变率，以判断所述永磁体厚度和所述永磁体偏心距的优化结果。
[0071] 本实施例中，快速傅里叶变换指将满足一定条件的某个函数表示成三角函数(正弦和/或余弦函数)或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域，快速傅立叶变换具有多种不同的变体形式，如连续傅立叶变换和离散傅立叶变换。它是一种分析信号的方法，可以分析信号的成分，也可用这些成分合成信号。许多波形可作为信号的成分，比如正弦波、方波、锯齿波等，快速傅立叶变换用正弦波作为信号的成分。本方案中，是通过快速傅里叶变换将空载气隙磁密分解为气隙磁密基波幅值和气隙磁密谐波幅值，以可以将气隙磁密基波幅值和气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式，对表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率进行计算，以此可以体现出表贴式永磁电机的永磁体厚度分别与空载气隙磁密谐波畸变率和空载反电势的线性关系，及其永磁体偏心距分别与空载气隙磁密谐波畸变率和空载反电势的线性关系。
[0072] 上述实施例中，所述将所述气隙磁密基波幅值和所述气隙磁密谐波幅值代入第二预设公式得出所述表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率具体为：
[0073] 通过第二预设公式 计算得出空载气隙磁密谐波畸变率；其中， 为空载气隙磁密谐波畸变率，Bm1为空载气隙磁密基波幅值，Bmk为各阶次空载气隙磁密谐波幅值，m为空载气隙磁密谐波阶次级。
[0074] 可以理解的是，本方案中k＝2表示气隙磁密谐波幅值从第二次开始计算，在模拟所述表贴式永磁电机以第二预设转速空载运行的条件下，得到电机永磁体在不同厚度下的空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值，如图3所示，即是表贴式永磁电机中空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值随永磁体厚度变化的曲线示意图。从如图3中可以看出，随着永磁体厚度的增加，表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率降低，表贴式永磁电机的空载反电势基波幅值增加。
[0075] 此外，也可以得到电机永磁体在不同偏心距下的空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值，如图4所示，即是表贴式永磁电机中空载气隙磁密谐波畸变率及空载反电势基波幅值随永磁体偏心距变化的曲线示意图。从如图4中可以看出，随着永磁体偏心距的增加，表贴式永磁电机的空载气隙磁密谐波畸变率与表贴式永磁电机的空载反电势基波幅值降低。
[0076] 进一步地，所述基于表贴式永磁电机仿真模型对电机的偏心距进行有限元仿真分析，以得到电机在不同偏心距下齿槽转矩与转矩波动的第二优化结果的步骤包括：
[0077] 在保持所述表贴式永磁电机的机械极弧系数不变，以及所述表贴式永磁电机的最小气隙不变的条件下，根据表贴式永磁电机仿真模型计算得出电机在不同永磁体偏心距下的齿槽转矩和转矩波动系数。
[0078] 可以理解的是，通过仿真模型计算得到表贴式永磁电机在永磁体偏心距不同的情况下，表贴式永磁电机齿槽转矩和转矩波动分别与永磁体厚度的波动变化数据，以通过对齿槽转矩和转矩波动分别与永磁体厚度波动变化数据的筛选，选择出齿槽转矩和转矩波动均较低的情况下的永磁体偏心距。
[0079] 上述实施例中，通过表贴式永磁电机齿槽转矩、表贴式永磁电机转矩波动与永磁体偏心距的波动变化数据结合，选择出齿槽转矩与转矩波动均较低时的永磁体厚度。以此确定表贴式永磁电机的优化机械结构，提高表贴式永磁电机的运行性能。
[0080] 需要说明的是，第二预设转速为1000r/min空载运行，第一预设转速也可以为900r/min、1200r/min等，此处不做限定。
[0081] 对于上述实施例，保持第二预设转速为1000r/min空载运行时，有如下关于永磁体厚度、齿槽转矩及转矩波动的实验数据，如表2所示：
[0082] 永磁体偏心距h(mm) 齿槽转矩Tcog(mN·m) 转矩波动KTb(％)5 52.65 4.1
10 48.3 3.93
15 65.75 3.31
20 78.96 2.98
25 84.03 2.53
30 52.2 2.13
10 48.3 3.93
15 65.75 3.31
20 78.96 2.98
25 84.03 2.53
30 52.2 2.13
[0083] 表2
[0084] 上述实施例中，所述表贴式永磁电机的磁芯为冷轧无取向硅钢材料。进一步地，所述表贴式永磁电机的永磁体厚度范围为1mm-4mm。可以理解的是，表贴式永磁电机的永磁体厚度可以是1mm、1.5mm、4mm等，此处不做限制。
[0085] 本实施例中，所述表贴式永磁电机的永磁体偏心距的长度范围为5mm-30mm。可以理解的是，表贴式永磁电机的永磁体偏心距可以是5mm、10mm、30mm等，此处不做限制。
[0086] 对于上述实施例，可以想到还存在影响永磁电机输出转矩与电流线性度的因素，永磁电机转矩电流线性度也会影响表贴式永磁电机的性能。而对于永磁电机转矩电流线性度，永磁电机铁芯磁密饱和程度是重要的因素之一。通常情况下为使电机性能做得更高，采用冷轧无取向硅钢材料，当永磁体厚度取一个预设厚度，根据实际情况下的叠压系数及该厚度下的磁化曲线饱和点。在永磁电机通入一定程度转矩电流后定子铁芯磁密会局部达到磁化曲线饱和点或超过磁化曲线饱和点，引起饱和，如再施加转矩电流，则输出转矩与转矩电流不再呈线性关系，影响输出转矩与电流线性度。
[0087] 在电机以第一预设转速1r/min转速运行，且绕组通入2A～38A电流，永磁体厚度hm分别为2.5mm和4mm时，仿真计算电机输出转矩值与理想转矩电流曲线如图5所示，当输出转矩接近2倍额定转矩时，电流线性度出现非线性，绕组电流越大线性度越差，同时，永磁体厚度越小线性度越差，电机所能输出的转矩越小。
[0088] 本发明还提出一种表贴式永磁电机，所述表贴式永磁电机包括如上所述的电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法。该电机齿槽转矩与转矩波动的优化方法的具体步骤参照上述实施例，由于本表贴式永磁电机采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
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