(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211055207.X (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 浙江大学先进电气装备创新中心 地址 311107 浙江省杭州市余杭区仁和街 道永泰路2号 申请人 潍柴动力股份有限公司 (72)发明人 王慧敏　王迎波　白红娟　孙文博　 张振　陈炜　史婷娜　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. H02P 6/34(2016.01) H02P 6/10(2006.01) H02P 25/022(2016.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 用于无轴承电机调制磁极结构设计的特定 次谐波消除方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于无轴承电机调制磁 极结构设计的特定次谐波消除方法。 确定电机的 转子磁极的极对 数、 需要消除的转子磁动势特定 次谐波次数、 需要消除的转子磁动势的特定次谐 波个数和一个完整的转子磁极的分块数， 对无轴 承电机建立调制磁极的径向磁化强度的各次谐 波幅值的表达式， 求解获得调制磁 极结构的机械 角度分布， 根据求解得到的调制磁 极的机械角度 分布建立调制磁 极结构无轴承电机， 达到消除特 定次谐波的目的。 本发明对引起无轴承电机转矩 和悬浮力波动的转子磁动势的特定次谐波进行 消除来降低转矩和悬浮力波动， 可以同时降低无 轴承永磁同步电机的转矩与悬浮力波动， 提高电 机运行的平稳性。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115333411 A 2022.11.11 CN 115333411 A 1.一种用于无轴承电机调制磁极结构设计的特定次谐波消除方法， 其特征在于， 方法 包括以下步骤： S1： 根据所设计的无轴承电机的基本参数确定电机的转子磁极的极对数P， 根据所设计 的无轴承电机需要消除的转子磁动势特定次谐波次数n， 确定所需要消除的转子磁动势的 特定次谐波个数N ‑1， 进而确定一个完整的转子磁极的分块数为N； 一个完整的转子磁极分 为N个子块， 每 个子块作为 一个调制磁极； S2： 根据特定次谐波消除方法， 对无轴承电机建立调制磁极的径向磁化强度的各次谐 波幅值的表达式； S3： 根据调制磁极的径向磁化强度的各次谐波幅值的表达 式求解获得调制磁极的角度 值分布； S4： 根据求解得到的调制磁极的角度值分布制造无轴承电机， 达到消除特定次谐波的 目的。 2.根据权利要求1所述的一种用于无轴 承电机调制磁极结构设计的消除特定次谐波方 法， 其特征在于： 所述的无轴承电机的转子磁极结构为表贴式磁极结构。 3.根据权利要求1所述的一种用于无轴 承电机调制磁极结构设计的消除特定次谐波方 法， 其特征在于， 所述的步骤S2包括以下步骤： S21： 将径向充磁的调制磁极的转子磁动势由径向磁化强度表示， 将各径向充磁的调制 磁极产生的转子磁动势波 形视为一系列方波波 形进而进行傅里叶分解， 得到调制磁极的径 向磁化强度的各次谐波幅值的表达式： 式中， n为特定次谐波次数， N为一个完整 的转子磁极的分块数， M为方波幅值， P为电机 的转子极对数， αnseg为调制磁 极的第nseg个机械角度， Mrk分别为调制磁极的径向磁化强度的 第k次谐波幅值， nseg表示调制磁极的第(1， 2， 3 …N)个机械角度。 4.根据权利要求1所述的一种用于无轴 承电机调制磁极结构设计的消除特定次谐波方 法， 其特征在于， 所述 步骤S3包括以下步骤： S31： 根据调制磁极的径向磁化强度的各次谐波幅值的表达式， 对除去基波以外的需要 消除的特定次谐波次数 的磁化强度的特定次谐波幅值的表达式设置为0， 保持一个完整的 转子磁极的基波幅值与调制磁极结构的基波幅值 一致， 进而建立以下非线性方程组： S32： 随机 选取调制磁极的第2到第N个机 械角度α2～αN； S33： 根据当前调制磁极的第 2到第N个机械角度α2～αN对调制磁极在一个转子磁极下的 初始的机 械角度α1～αN进行筛选： 将当前调制磁极的第2到第N个机械角度α2～αN代入步骤S31的非线性方程组求解出对 应的第一个调制磁极 的机械角度α1， 并且将第2到第N个调制磁极 的机械角度α2～αN代入非权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115333411 A 2线性方程组Mrk中， 同时建立以下目标函数： Mrk→0 其中，→0表示接近于0； 然后对目标函数进行求解， 不断缩小需要消除的径向磁化强度的各次谐波幅值使接近 于0， 直到筛选获得优化后的调制磁极的第1到第N个机 械角度α1～αN； S34： 将步骤S33筛选出的第1到第N个调制磁极的机械角度α1～αN再带入步骤S31建立的 非线性方程组中， 将Mrk设置为0， 采用牛顿迭代法对该非线性方程组进行迭代求解， 得到最 优的调制磁极结构的机 械角度分布； S35： 步骤S34所求出的最优 的调制磁极结构的机械角度分布为一个转子磁极下前1/4 周期的机 械角度， 根据前1/4周期的机 械角度对称计算出后1/4周期的机 械角度。 5.根据权利要求1所述的一种用于无轴 承电机调制磁极结构设计的消除特定次谐波方 法， 其特征在于： 所述 步骤S32中， 所述的初始机 械角度分布按照以下 方式获得： 对于调制磁极的第2至N个初始的机械角度α2～αN， 选取10000组区间(0,1)之 间的N‑1个 随机数， N ‑1个随机数递增排序后作为调制磁极的第2至N个机械角度的系数cnseg， 进而按照 以下公式获得调制磁极第2至N个的机 械角度： 其中， 表示第nseg个机械角度的系数， 表示调制磁极的第nseg个机械角度； 对于调制磁极的第一个初始的机械角度α1， 通过对步骤S31建立的第一个方程 分离求解 获得： 其中， 调制比m取1， α1表示调制磁极的第一个初始机械角度， arccos这是反余弦函数， N 表示一个转子磁极的分块数， nseg表示调制磁极机械角度 的下标， 表示调制磁极的 第nseg个机械角度。 6.根据权利要求1所述的一种用于无轴 承电机调制磁极结构设计的消除特定次谐波方 法， 其特征在于： 所述调制磁极在一个转子磁极下的机械角度α1～ 满足递增排序关 系： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115333411 A 3