CN107134865B - 一种确定永磁体削角的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定永磁体削角的方法及装置，通过坐标系的转换将永磁体映射到二维坐标系下，然后在二维坐标系下确定第一采样点和第二采样点的数量和采样间隔，最后利用二维电磁场有限元分析方法计算第一采样点和第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩。在齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。由此可见，本发明能够定量的分析不同的削角轨迹对齿槽转矩和谐波畸变率的影响，从而能够找到较佳的削角轨迹以指导实际切割，完成对永磁体的削角。另外，通过对永磁体进行削角不仅能够带来上述优点，而且能够节省永磁体材料，降低成本。

Description

一种确定永磁体削角的方法及装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种确定永磁体削角的方法及装置。

背景技术

电机(俗称马达)是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。永磁体是电机中的一种重要部件，用于产生磁场。

在电机设计中由于齿槽转矩导致电机振动与噪声，使得电机的性能有所降低。为了克服这一缺点，现有技术中，通常采用改变磁极参数的方法，例如改变磁极的不等极弧系数、不等厚永磁体、磁极分段等来降低齿槽转矩。另外，对永磁体进行削角之后，也会影响齿槽转矩，但是对永磁体采用何种削角方式能够较大的降低齿槽转矩，从而更好的克服电机的振动与噪声是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定永磁体削角的方法及装置，用于降低齿槽转矩，从而更好的克服电机的振动与噪声。

为解决上述技术问题，本发明提供一种确定永磁体削角的方法，包括：

在三维坐标空间下将电机所用的永磁体映射到二维坐标系下以得到在x轴方向和y轴方向上的取值范围以确定所述永磁体的削角范围；

按照所述削角范围在所述永磁铁的相邻两个边界上分别取第一采样点和第二采样点，其中，所述第一采样点的数量至少为一个，所述第二采样点的数量至少为一个，且所述第一采样点的数量和所述第二采样点的数量不同时为一个；

利用二维电磁场有限元分析方法计算所述第一采样点和所述第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩；

在所述齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将所述目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。

优选地，各所述第一采样点间的采样间隔相同，各所述第二采样点间的采样间隔相同。

优选地，各所述第一采样点间的采样间隔与各所述第二采样点间的采样间隔相同。

优选地，所述第一采样点间的采样间隔与所述第二采样点间的采样间隔均为1mm。

优选地，实现所述二维电磁场有限元分析方法具体通过Maxwell 2D。

为解决上述技术问题，本发明提供一种确定永磁体削角的装置，包括：

映射单元，用于在三维坐标空间下将电机所用的永磁体映射到二维坐标系下以得到在x轴方向和y轴方向上的取值范围以确定所述永磁体的削角范围；

采样单元，用于按照所述削角范围在所述永磁铁的相邻两个边界上分别取第一采样点和第二采样点，其中，所述第一采样点的数量至少为一个，所述第二采样点的数量至少为一个，且所述第一采样点的数量和所述第二采样点的数量不同时为一个；

计算单元，用于利用二维电磁场有限元分析方法计算所述第一采样点和所述第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩；

确定单元，用于在所述齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将所述目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。

优选地，所述采样单元的各所述第一采样点间的采样间隔相同，各所述第二采样点间的采样间隔相同。

优选地，所述采样单元的各所述第一采样点间的采样间隔与各所述第二采样点间的采样间隔相同。

优选地，所述采样单元的所述第一采样点间的采样间隔与所述第二采样点间的采样间隔均为1mm。

优选地，所述计算单元实现所述二维电磁场有限元分析方法具体通过Maxwell2D。

本发明所提供的确定永磁体削角的方法及装置，通过坐标系的转换将永磁体映射到二维坐标系下，然后在二维坐标系下确定第一采样点和第二采样点的数量和采样间隔，最后利用二维电磁场有限元分析方法计算第一采样点和第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩。在齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。由此可见，本发明能够定量的分析不同的削角轨迹对齿槽转矩和谐波畸变率的影响，从而能够找到较佳的削角轨迹以指导实际切割，完成对永磁体的削角。另外，通过对永磁体进行削角不仅能够带来上述优点，而且能够节省永磁体材料，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种确定永磁体削角的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下左侧削角的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下右侧削角的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下双边削角的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种确定永磁体削角的装置的结构图。

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，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种确定永磁体削角的方法及装置，用于降低齿槽转矩，从而更好的克服电机的振动与噪声。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种确定永磁体削角的方法的流程图。如图1所示，包括：

S10：在三维坐标空间下将电机所用的永磁体映射到二维坐标系下以得到在x轴方向和y轴方向上的取值范围以确定永磁体的削角范围。

S11：按照削角范围在永磁铁的相邻两个边界上分别取第一采样点和第二采样点，其中，第一采样点的数量至少为一个，第二采样点的数量至少为一个，且第一采样点的数量和第二采样点的数量不同时为一个。

S12：利用二维电磁场有限元分析方法计算第一采样点和第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩。

S13：在齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。

图2是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下左侧削角的示意图。图3是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下右侧削角的示意图。图4是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下双边削角的示意图。其中，图2-图3中底边所在的直线为x轴，至于y轴只要与x轴垂直即可，原点不作具体限定。在具体实施中，对于永磁体的削角方式具有单边削角和双边削角两种方式，可以理解的是，无论单边削角还是双边削角，削角轨迹都是不超过水平方向上两个端点和垂直轴方向的端点的连线。以图2为例说明，图2是在左侧削角，端点1和端点2为水平方向的两个端点，端点3为垂直方向上的端点。

第一采样点可以为在垂直方向上的边界上的点，例如第一采样点距x轴上的端点1的距离为a，第二采样点可以为水平方向上的点，例如第二采样点距端点3的距离为b。可以理解的是，无论第一采样点取几个，其范围不能超过L1和L2两个直线间的距离，且为边界上的点；无论第二采样点取几个，其范围不能超过L3和L4的距离，且为边界上的点。

任意一个第一采样点和任意一个第二采样点都可以构成一个削角轨迹，图2中，第一采样点为A，第二采样点为B，则直线AB就是一个削角轨迹。只要满足第一采样点的数量和第二采样点的数量不同时为一个，则就可以得到至少2条削角轨迹，这样通过二维电磁场有限元分析方法比较多条削角轨迹对应的齿槽转矩，从而得到一个最小的齿槽转矩幅值即目标齿槽转矩，而目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线就是最终的削角轨迹。

很显然，当第一采样点和第二采样点取的个数较多时，则能够对应出多条削角轨迹和得到多个齿槽转矩幅值。选取的个数越多，则越能够得到最低的齿槽转矩幅值。

另外，第一采样点的采样间隔可以是相同，即按照同样的采样间隔在范围内选取，也可以是不同的采样间隔，相对应的，第二采样点的间隔也是如此。作为优选的实施方式，各第一采样点间的采样间隔相同，各第二采样点间的采样间隔相同。

作为优选的实施方式，各第一采样点间的采样间隔与各第二采样点间的采样间隔相同。

作为优选的实施方式，第一采样点间的采样间隔与第二采样点间的采样间隔均为1mm。

图2中的永磁体的宽度为6mm，以第一采样点间的采样间隔与第二采样点间的采样间隔均为1mm进行二维电磁场有限元分析，得到了多个齿槽转矩幅值，参见表1。

表1

从表1可知，当a＝5，b＝3时，对应的齿槽转矩幅值最低，即a＝5，b＝3为最终的削角轨迹。

作为优选的实施方式，实现二维电磁场有限元分析方法具体通过Maxwell 2D。

为了对比单边削角和双边削角，本发明还给出双边削角的相关验证。图3是本发明实施例提供的一种面包形状的永磁体的二维坐标系下右侧削角的示意图，经过计算得到，在图3中，当a＝b＝5，c＝d＝2，得到的齿槽转矩幅值最小。表2为不削角、单边削角和双边削角所对应的齿槽转矩最小幅值和其谐波畸变效率的结果。

表2

本发明提供的确定永磁体削角的方法，通过坐标系的转换将永磁体映射到二维坐标系下，然后在二维坐标系下确定第一采样点和第二采样点的数量和采样间隔，最后利用二维电磁场有限元分析方法计算第一采样点和第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩。在齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。由此可见，本发明能够定量的分析不同的削角轨迹对齿槽转矩和谐波畸变率的影响，从而能够找到较佳的削角轨迹以指导实际切割，完成对永磁体的削角。另外，通过对永磁体进行削角不仅能够带来上述优点，而且能够节省永磁体材料，降低成本。

在上文中，详细说明了确定永磁体削角的方法对应的实施例，本发明还提供一种与该方法对应的确定永磁体削角的装置。由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

图5为本发明实施例提供的一种确定永磁体削角的装置的结构图。如图5所示，该装置包括：

映射单元10，用于在三维坐标空间下将电机所用的永磁体映射到二维坐标系下以得到在x轴方向和y轴方向上的取值范围以确定永磁体的削角范围；

采样单元11，用于按照削角范围在永磁铁的相邻两个边界上分别取第一采样点和第二采样点，其中，第一采样点的数量至少为一个，第二采样点的数量至少为一个，且第一采样点的数量和第二采样点的数量不同时为一个；

计算单元12，用于利用二维电磁场有限元分析方法计算第一采样点和第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩；

确定单元13，用于在齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。

作为优选地实施方式，采样单元11的各第一采样点间的采样间隔相同，各第二采样点间的采样间隔相同。

作为优选地实施方式，采样单元11的各第一采样点间的采样间隔与各第二采样点间的采样间隔相同。

作为优选地实施方式，采样单元11的第一采样点间的采样间隔与第二采样点间的采样间隔均为1mm。

作为优选地实施方式，计算单元12的实现所述二维电磁场有限元分析方法具体通过Maxwell 2D。

本发明提供的确定永磁体削角的装置，通过坐标系的转换将永磁体映射到二维坐标系下，然后在二维坐标系下确定第一采样点和第二采样点的数量和采样间隔，最后利用二维电磁场有限元分析方法计算第一采样点和第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩。在齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。由此可见，本发明能够定量的分析不同的削角轨迹对齿槽转矩和谐波畸变率的影响，从而能够找到较佳的削角轨迹以指导实际切割，完成对永磁体的削角。另外，通过对永磁体进行削角不仅能够带来上述优点，而且能够节省永磁体材料，降低成本。

以上对本发明所提供的确定永磁体削角的方法及装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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。

Claims (10)

1.一种确定永磁体削角的方法，其特征在于，包括：

在三维坐标空间下将电机所用的永磁体映射到二维坐标系下以得到在x轴方向和y轴方向上的取值范围以确定所述永磁体的削角范围；

按照所述削角范围在所述永磁铁的相邻两个边界上分别取第一采样点和第二采样点，其中，所述第一采样点的数量至少为一个，所述第二采样点的数量至少为一个，且所述第一采样点的数量和所述第二采样点的数量不同时为一个；

利用二维电磁场有限元分析方法计算所述第一采样点和所述第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩；

在所述齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将所述目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。

2.根据权利要求1所述的确定永磁体削角的方法，其特征在于，各所述第一采样点间的采样间隔相同，各所述第二采样点间的采样间隔相同。

3.根据权利要求1所述的确定永磁体削角的方法，其特征在于，各所述第一采样点间的采样间隔与各所述第二采样点间的采样间隔相同。

4.根据权利要求3所述的确定永磁体削角的方法，其特征在于，所述第一采样点间的采样间隔与所述第二采样点间的采样间隔均为1mm。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的确定永磁体削角的方法，其特征在于，实现所述二维电磁场有限元分析方法具体通过Maxwell 2D。

6.一种确定永磁体削角的装置，其特征在于，包括：

映射单元，用于在三维坐标空间下将电机所用的永磁体映射到二维坐标系下以得到在x轴方向和y轴方向上的取值范围以确定所述永磁体的削角范围；

采样单元，用于按照所述削角范围在所述永磁铁的相邻两个边界上分别取第一采样点和第二采样点，其中，所述第一采样点的数量至少为一个，所述第二采样点的数量至少为一个，且所述第一采样点的数量和所述第二采样点的数量不同时为一个；

计算单元，用于利用二维电磁场有限元分析方法计算所述第一采样点和所述第二采样点的全部组合所对应的齿槽转矩；

确定单元，用于在所述齿槽转矩中，筛选出最小的齿槽转矩幅值作为目标齿槽转矩，将所述目标齿槽转矩对应的第一采样点和第二采样点所在的直线确定为削角轨迹。

7.根据权利要求6所述的确定永磁体削角的装置，其特征在于，所述采样单元的各所述第一采样点间的采样间隔相同，各所述第二采样点间的采样间隔相同。

8.根据权利要求6所述的确定永磁体削角的装置，其特征在于，所述采样单元的各所述第一采样点间的采样间隔与各所述第二采样点间的采样间隔相同。

9.根据权利要求8所述的确定永磁体削角的装置，其特征在于，所述采样单元的所述第一采样点间的采样间隔与所述第二采样点间的采样间隔均为1mm。

10.根据权利要求6至9任意一项所述的确定永磁体削角的装置，其特征在于，所述计算单元实现所述二维电磁场有限元分析方法具体通过Maxwell2D。