表贴式永磁电机齿槽转矩解析法比较研究

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永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究

永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究随着环保意识和节能理念的普及，永磁电机作为一种高效、可靠、节能的电机，被广泛应用于工业和民用领域。

永磁电机不仅拥有优良的速度控制性能和负载响应性能，还能在补偿系统和传动系统中发挥非常重要的作用。

但是，在永磁电机的性能设计和有效应用中，齿槽转矩的计算是至关重要的。

一、永磁电机的齿槽转矩齿槽转矩是永磁电机的一种特殊转矩，是由于永磁体和锯齿型铁芯之间的相互作用所引起的。

在同步运行电机中，锯齿型铁芯中的齿槽产生磁场，而永磁体中的磁场被磁通链裹着，如果有些磁通链与锯齿型铁芯中的齿槽产生剪切，则会发生永磁体的转动。

这个现象就是齿槽转矩。

二、齿槽转矩计算方法1、永磁电机的齿槽转矩计算可以通过齿槽系数来实现。

齿槽系数是指永磁电机中锯齿型铁芯的齿槽数目与角度之比。

齿槽系数越大，齿槽转矩就越大。

可以通过调整永磁电机的齿槽系数提高转矩的质量和性能。

2、永磁电机的齿槽转矩还可以通过计算磁场分布来估算。

磁场分布是模拟器得到的理论计算值，可以提供永磁电机转矩的数值。

通常情况下，计算磁场分布需要使用有限元分析方法，因此需要使用各种软件进行计算。

3、另外一种方法是使用电机参数来计算永磁电机的齿槽转矩。

这种方式根据公式：T=K×Bp×Imax×A；其中，T是电机的齿槽转矩，K是系数，Bp是永磁体磁场密度，Imax是电机的电流峰值，A是永磁体和铁芯之间的面积。

这种方法可以快速计算永磁电机的齿槽转矩，但是需要知道有关永磁体参数和电路参数。

三、永磁电机齿槽转矩的影响因素1、永磁体的磁场强度和形状。

永磁体的磁场密度和形状对齿槽转矩的大小和效果有很大影响。

磁场强度越大，齿槽转矩越大。

2、永磁体和铁芯之间的面积。

面积越大，齿槽转矩越大。

3、电流峰值大小。

电流峰值越大，齿槽转矩越大。

四、结论永磁电机齿槽转矩的计算是永磁电机性能设计的一个重要步骤。

齿槽转矩的大小直接影响永磁电机的转矩质量和性能。

表面永磁同步电机齿槽转矩削弱设计及敏感性分析

对两个方案的影响，利用敏感性分析方法对方案进行评估，最终确定工程设计方案。并实际制作４台样机验证结论。关键词：表面永磁同步电机；齿槽转矩；有限元法；敏感性分析；极弧系数
中图分类号：Ｔ３１Ｍ５Ｍ４；Ｔ３１文献标志码：Ａ文章编号：１０．８８２１）８００．４０１６４（０２０ —０５０
ｔｅＦｕｅｅｏｏｉｉｎｃｅｆｃｅｔｎｏｅａｅｃｅｃｅｔｗａｌｏｐｅｅｔｄｔｅｎｔａｅａａｙｉａａｈｏｒｒｄｃｍｐｓｔｏｆｉｉｎｓａｄｐｌ・ｏｆｉｎｓａｓｒｓｎｅｏｄｍｏｓｒｔｎｔｃｌｗｉｏｙｉｌｌｏｏｇｎｏｑ．Ｆｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄｗａｈｅｅｏｏｔｍｉｅｔｅｓａｅｏｇｔａｃｒｔｌ．Ｂｙｔｉｆｃｇｉｇｔｒｕｅｉｉｅｅｅｎｔｏｓｔｎｕｓｄｔｐｉｚｈｈｐｆｍａｎｅｃｕａｅｙｈｓｍｅｈｄ，ｃｇｉｇｔｒｕｓｆｒｈｒｒｄｃｄｈｅａ — ｄｈａｄｖｒｉｇｗｉｔｇｅｅｉｎｒｉｅｙｔｏｏｇｎｏｑｅｗａｕｔｅｅｕｅ．Ｔｎｓｍｅｗｉｔｎａｙｎ — ｄｈｍａｎｔｄｓｇｓｗｅｅｇｖｎｂｓｌ— ｄｔａｒｇａｅｆｍａｅＭａｌｂｐｏｒｍ．Ａｔｌｓ，ｅｇｎｅｎｒｏｓｔｋｅｎｏｃｎｉｅａｉｎ，ｔｅｔｅｉｓｗｅｅｅｔｔｄａｔｎｉｅｒｇｅｒｒａｎｉｔｏｓｄｒｔｉｏｈｗｏｄｓｇｒｓｉｅｎｍａｂｅｓｔｉｎｌｓｓｍｅｈｄａｌｓｈｄｂｅｄｏｃｎｉｈｏｃｕｉｎ．ｙｓｎｉｉｔａａｙｉｔｏ．４ｓｍｐｅａｅｎｍａｅｔｏｆｖｙｍｒｔｅｃｎｌｓｏＫｅｒ：ｓｒａｅｍｏｎｅｅａｅｔｍａｎｔｓｎｈｏｏｓｍｏｏ；ｃｇｉｇｔｒｕｉｎｔｌｍｅｔｍｅｈｄ；ｙｗｏｄｓｕｃ — ｕｔｄｐｒｎｎｇｅｙｃｒｎｕｔｒｆｍｏｇｎｏｑｅ；ｆｉｅｅｅｎｔｏｓｎｉｖｔｎａｙｉ：ｐｌ — ｒｏ仿ｃｅｔｅｓｔｉａｌｓｓｉｙｏｅａｃｃｅｉｎ

表贴式永磁电机磁场的解析计算与分析

表贴式永磁电机磁场的解析计算与分析
贴式永磁电机的磁场是一种广泛使用的技术，它的特点
是简单、结构轻、效率高、寿命长、成本低及功耗小。

很多应用情况下，运用贴式永磁电机磁场的解析计算技术，能为设备的性能优化提供更加深入的理论依据。

贴式永磁电机磁场的解析计算，通常要从磁场测试、磁
场结构分析等方面出发。

首先，采用底部感应器对永磁电机ム磁场加以测试，以确定其等效矩形磁性体的大小。

这种测量得到的输出值是由坐标轴X，Y和Z分别测量而得出的，即X轴，Y轴和Z轴的三个主要组份股值。

然后，再采用电磁场分析软
件和专业仪器进行磁场结构的分析，以确定磁场的特性。

最后，将获得的磁场测试结果和磁场结构分析结果，采
用数学方法对其进行整合处理，以求得磁场参数：磁场强度、归一化磁势，以及磁势坐标等等。

在此基础上，还可进行磁体结构、材料特性的仿真计算，并对不同组态的永磁电机磁场进行比较，从而实现性能优化及性能设计。

因此，采用贴式永磁电机磁场的解析计算，不仅能对磁
势分布及结构进行全面的分析，而且还能够非常好的有效提高系统的可靠性。

它在满足性能参数的同时，还能更有效地降低永磁电机的功耗，即改善系统能源效率，为实现不同设备性能优化提供可靠依据。

永磁同步电机齿槽转矩优化方法分析

随着空调行业的不断发展，变频空调因其高效节
能，逐渐取代定频空调成为市场主流。但是我国发展变频比较晚，好多技术还不完善，在开发过程中自然而然
其对电磁平均转矩没有明显影响，但是对速度波动、电
机振动和噪音有明显的影响，试验表明：只有Ｂｒ（０）
技术・创新／囝用电器
永磁同步电机齿槽转矩优化方法分析
ＯｐｔｉｍｉｚｅｄＭｅｔｈｏｄｓＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＣｏｇｇｉｎｇＴｏｒｑｕｅｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔ－ＭａｇｎｅｔＭｏｔｏｒ
越小，对改善电机噪音好处越大，如图１所示。结论：
量减少平均电磁转矩的减小量；下面主要分析如何对电
机转子磁极角度进行优化：
｛
１）斜极ＣＭ（Ｚ１，２ｐ）
遇到很多问题。特别是齿槽转矩引起转矩波动、电机噪音超标、功耗过高效率降低等一系列问题。本次针对上
述主要问题，分析从电机设计方面主要可以采取如下几
种方法：
的ｎｚ／２ｐ次谐波分量对齿槽转矩产生作用，其他谐波分量对齿槽转矩基本无影响，针对此，采用常见方法如下所
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒ；ｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅ；ｆｒａｃｔｉｏｎｓｌｏｔ；ｇａｐ

表面式永磁电机齿槽转矩物理学解读及削弱方法

第４５卷第６期
２０１拄２
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ＭＩＣＲ０Ｍ０Ｔ０ＲＳ
Ｖ１４．Ｎｏ６ｏ．５．
６月
Ｊｎ２１ｕ．０２
表面式永磁电机齿槽转矩物理学解读及削弱方法
沈风顺，任雷，刘晋平
２１０）０１７（上海鸣志电器有限公司，上海摘
１０００００以上，低速转矩波动则小于２一３，甚至％％更低，１～％，这是指电磁转矩的波动与齿槽达％２转矩的合成，因此用于这类系统的永磁电机其齿槽转矩的值至少应小于额定转矩的１～％。％２正因为齿槽转矩的减小，对交流伺服系统控制精度的提高至关重要，所以在大约近２０年期间，也
ｒｄｃｎｈｏｇｎｒｕｓｓｍｍａｚｄｅｕｉｇｔｅｃｇｉｇｔｑｅｗａｕｏｉｒｅ．Ｍｅｎｉａｗｈｌｅ，ｂｔｄａｔｇｓａｄｄｓｄａｔｇｓｏｅｍｅｈｄｏｈａｖｎａｅｎｉｖｎａｅｆｈｔｏｓａｔｗｅｅｄｓｕｓｄａｄｉｔｄｃｄａｔａ．ｓｄｅｆｃｆｔｅｍｅｈｄｒｉｃｓｅｎｎｒｕｅｃｕ１ｕｅｆｔｏｔｏ．ｏｅｈＫｅｒｓｕｆｃｅａｅｔｍａｎｔｍｏｏ；ｃｇｉｇｔｒｕｙｗｏｄ：ｓｒｅｐｒｎｎｇｅｔｒｏｇｎｏｑｅ；ｐｙｉｓｐｎｉｌａｍｈｓｒｃｐｅ；ｒｄｃｎｔｏｓｃｉｅｕｉｇｍｅｈｄ；

永磁同步电机齿槽转矩分析与控制总结

永磁同步电机齿槽转矩分析与控制总结齿槽转矩是永磁电机固有的特性，它会使电机产生转矩脉动，引起速度波动、振动和噪声，当转矩脉动的频率与电机定、转子或端盖的固有频率相等时，电机产生共振，振动和噪声会明显增大。

齿槽转矩也会影响电机的低速性能和控制精度。

1.齿槽转矩定义：转子在旋转过程中,定子槽口引起磁路磁阻变化, 转子磁通与定子开槽引起的气隙磁导（磁阻的倒数）交互作用在圆周方向产生的转矩为齿槽转矩。

齿槽转矩也称定位转矩，它的产生来自永磁体与电枢齿间的切向力，使转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势.2.齿槽转矩影响因素：齿槽形状、磁极极弧系数、永磁体形状、极槽配合、气隙、磁场强度等.3.齿槽转矩每机械周期齿槽转矩周期数：N co=LCM（Z，2p），Z为槽数，2p为极数,LCM表示最小公倍数.4.齿槽转矩一个周期机械角度为：θsk=360°／N co5.齿槽转矩基波频率为： f c=N co n s=N co fpn s=fp(r/s)为同步转速，p为极对数，f为电源频率.6.齿槽转矩的通用表达式：T co=∑T n∞n=1sin(nN coθ+ϕn)n=1时对应的齿槽转矩的基波幅值为T1, θ为转子机械角位置.7.齿槽转矩的计算：齿槽转矩可以通过计算响应区域的磁能积得到，T ec=dW cdθ，式中，磁共能：W c=∫Bθ22μ0d(υr)(J)对气间隙区域应用麦克斯韦张力张量法计算齿槽转矩，有：T ec=LL gμ0∫rB nS gB t ds，L为有效转子长度；L g为气隙长度；μ0为自由空间磁导率；r为虚拟半径；B n和B t为气间隙磁通的径向和切向分量；S g为气隙表面积.8.降低齿槽转矩措施：1)无槽绕组：采用无槽绕组可以完全消除齿槽转矩，但气隙磁通密度会降低，需要增加永磁体的材料（高度）.2)定子斜槽：通常定子斜槽等于一个槽距，可将齿槽转矩降为零，但定子斜槽减小电动势，电机性能会下降，转子偏心情况，斜槽有效性降低。

表贴式永磁同步电机磁极不对称化齿槽转矩削弱方法

第１８卷第４期２０２０年８月水利与建筑工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．１８Ｎｏ．４Ａｕｇ．，２０２０ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０２０．０４．０４１收稿日期：２０２００４２５修稿日期：２０２００５１９作者简介：剑虹（１９７９—），男，陕西西安人，硕士，高级工程师，主要从事电气、信息化方面的工作。

Ｅｍａｉｌ：３１４２８５９２６＠ｑｑ．ｃｏｍ表贴式永磁同步电机磁极不对称化齿槽转矩削弱方法剑虹，娄幸媛，梁　爽（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安７１０００１）摘　要：表贴式永磁同步电机的齿槽转矩可导致转矩脉动，引发振动与噪声的问题，为削弱永磁同步电机的齿槽转矩，提出一种通过磁极极弧宽度不对称化设计实现齿槽转矩削弱的方法。

首先对不对称磁极表贴式永磁同步电机的气隙磁密波形进行了计算和仿真，进而分析了不对称磁极对齿槽转矩的影响规律和削弱原理，推导出使齿槽转矩最小化的磁极不对称率表达式。

通过有限元仿真对最优设计及齿槽转矩进行了验证，仿真结果表明，最优磁极不对称率计算值与仿真值误差为３．１％，所提出的不对称磁极方法使齿槽转矩减小了９１．３％。

关键词：齿槽转矩；永磁无刷直流电动机；磁极极弧优化中图分类号：Ｐ６４２．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—１１４４（２０２０）０４—０２４７—０５ＣｏｇｇｉｎｇＴｏｒｑｕｅＲｅｄｕｃｉｎｇＭｅｔｈｏｄＢａｓｅｄｏｎＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＰｏｌｅＤｅｓｉｇｎｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒｓＹＵＮＪｉａｎｈｏｎｇ，ＬＯＵＸｉｎｇｙｕａｎ，ＬＩＡＮＧＳｈｕａｎｇ（ＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｅｓｉｇｎ，Ｘｉ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｏｆｓｕｒｆａｃｅｍｏｕｎｔｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）ｃａｎｃａｕｓｅｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｌｅａｄｔｏｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｏｆＰＭＳＭ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｂｙａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｐｏｌｅａｒｃｗｉｄｔｈｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅａｉｒｇａｐｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙｗａｖｅｆｏｒｍｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｐｏｌｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｕｎｔｅｄＰＭＳＭｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌａｗａｎｄｗｅａｋｅｎｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｌｅｏｎｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｍａｌｐｏｌｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｒａｔｉｏｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｉｓｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ（ＦＥ）ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＴｈｅＦＥｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｏｌｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｖａｌｕｅｉｓ３．１％，ａｎｄｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄ９１．３％ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｉｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅ；ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；ｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｌｅｗｉｄｔｈｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ永磁同步电机具有功率密度高、效率高、结构简单、可靠性高、功率因数高等优点，在工业、农业、水利、航空航天等领域具有广泛应用，可用作驱动电机、发电机、励磁机等［１－４］。

抑制表贴式永磁发电机齿槽转矩的极弧系数优化设计方法

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２０１３．Ｎ０５
大电机技术
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抑制表贴式永磁发电机齿槽转矩的极弧系数优化设计方法
宫海龙，孙玉田，梁艳萍。，王亮
ｆ１．水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨１５００４０；２．哈尔滨理工大学电气与电子工程学院，哈尔滨１５００８０）
ｇｅｎｅｒａｔｏｒｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｐｏｌｅａｒｃｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｐｏｌｅａｒｃ
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ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０，Ｃｈｉｎａ）

基于解析法的表贴式永磁同步电动机电磁场与齿槽转矩的分析

2019年第4期 7基于解析法的表贴式永磁同步电动机电磁场与齿槽转矩的分析焦石兰志勇王琳（湘潭大学，湖南湘潭 411105）摘要永磁电动机由于结构简单、运行可靠等优点得到了广泛的应用。

然而电动机开槽会改变电动机的结构和磁路，导致气隙磁场发生畸变，同时还会产生齿槽转矩，引起噪声和振动。

齿槽作用下的电磁场分布可以用有限元法解决，但该方法计算周期较长，计算结果对剖分比较敏感，相较之下，解析法计算时间短，且能给出电动机性能与设计参数之间的数学关系。

针对齿槽作用下的表贴式永磁同步电动机的空载磁场，本文提出了一种基于精确子区域方法的解析模型，计算了空载磁场的径向磁密和切向磁密，并根据麦克斯韦应力法得到齿槽转矩，最后经有限元仿真验证了该方法的准确性。

关键词：齿槽转矩；电磁场分布；解析模型；表贴式永磁同步电动机Analysis of electromagnetic field and cogging torque of surface mountedpermanent magnet synchronous motor based on analytic methodJiao Shi Lan Zhiyong Wang Lin(Xiangtan Uiniversity, Xiangtan, Hu’nan 411105)Abstract Permanent magnet motor has been widely developed because of its simple structure, reliable operation and so on.However, the slotting of the motor will change the structure and magnetic circuit of the motor, resulting in the distortion of the air gap magnetic field, and generating cogging torque, which will result in noise and vibration. The electromagnetic field distribution under the influence of slotting can be solved by the finite element method. However, the calculation cycle is long and the calculation results are sensitive to the subdivision. In comparison, the analytical method has a short computational time, and can give the mathematical relationship between the motor performance and the designed parameters. An analytical model based on the exact sub region method is proposed for the no-load magnetic field distribution of a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (PMSM) considering slotting effects.Keywords ：cogging torque; magnetic field distribution; analytic model; surface-mounted permanent magnet synchronous motor计算永磁同步电动机磁场的方法主要可以归纳为等效磁路法、解析法和有限元法[1-2]。

永磁电机齿槽转矩的研究分析

永磁电机齿槽转矩的研究分析永磁电机是一种应用广泛的电机类型，具有结构简单、效率高等优点，因此在各个领域得到了广泛的应用。

而齿槽转矩是永磁电机中的一个重要参数，对于电机的性能影响较大。

因此，研究和分析永磁电机齿槽转矩具有重要的理论和实践意义。

首先，齿槽转矩的定义是电机在运行中由于磁场的变化引起的力矩。

齿槽转矩的产生原因主要包括磁场的不对称性、磁场的泄漏和磁化饱和等因素。

对于永磁电机来说，由于永磁体的存在，磁场分布比较均匀，因此齿槽转矩相对较小。

但是，由于永磁体的存在，永磁电机的特性也有一定的不稳定性。

其次，齿槽转矩研究的方法主要包括实验研究和仿真模拟两种方法。

实验研究主要是通过在永磁电机上安装力/力矩传感器，测量电机在不同工况下的输出转矩，并进行分析和比较。

仿真模拟则是通过建立电机的数学模型，进行电磁场分析和转矩计算。

目前，仿真模拟方法越来越受到研究者的关注，因为它可以更加方便地对电机的结构和工况进行模拟和分析。

齿槽转矩的研究分析可以从以下几个方面展开：1.结构优化：通过优化永磁电机的结构参数，如磁圈的形状、尺寸和分布等，可以减小电机中的齿槽转矩。

例如，采用斜磁槽和插入矩形磁块等方法可以改善磁场分布，减小齿槽转矩的影响。

2.磁场分析：建立电机的电磁场分析模型，通过有限元分析等方法计算电机的磁场分布情况，并进一步分析齿槽转矩的产生原因和影响因素。

通过研究磁场的不均匀性和泄漏磁场的分布情况，可以更好地理解齿槽转矩的产生机制。

3.控制策略：齿槽转矩可以通过电机的控制策略进行抑制。

例如，通过改变电机的电流波形、调节电机的电流大小等方法可以减小齿槽转矩的影响。

因此，研究电机的控制策略对于抑制齿槽转矩具有重要意义。

4.结构材料：电机的结构材料也会对齿槽转矩产生影响。

例如，改变电机的铁芯材料、磁性材料的选择等可以改变电机的磁滞特性和磁场分布，从而减小齿槽转矩的影响。

总之，永磁电机齿槽转矩的研究分析对于电机的性能提升具有重要意义。

永磁电机齿槽转矩的研究分析

永磁电机齿槽转矩的研究分析作者：邓秋玲,黄守道,刘婷,谢芳来源：《湖南大学学报·自然科学版》2011年第03期摘要：研究了永磁电机齿槽转矩产生的机理和降低齿槽转矩的一些措施.以4极、48槽表面式稀土永磁同步电动机为例，利用二维有限元法分析了极弧系数、磁极偏移和开辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响.将理论分析得到的齿槽转矩结果与样机的齿槽转矩测试结果进行了比较，两者基本吻合.研究表明：通过选择合理的方法能够有效地降低齿槽转矩.关键词：永磁电机;齿槽转矩;磁场分析;有限元分析中图分类号：TM351 文献标识码：AStudy of Cogging Torque in Permanentmagnet MachinesDENG Qiuling1,2，HUANG Shoudao1, LIU Ting1, XIE Fang1(1.College of Electrical and Information Engineering, Hunan Univ, Changsha, Hunan 410082, China;2.College of Electric and Information Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan, Hunan 411101,China)Abstract:The mechanism of the cogging torque generated in permanent magnet machines and some measures to reduce cogging torque were studied. Taking a rare earth type, permanent magnet synchronous motor with four poles, fortyeight slots, surfacemounted as an example, this paper analyzed the influence of pole arc coefficient, magnet pole displacement and adding supplementary slot on cogging torque in a twodimensional finite element analysis method. The computed cogging torque values were compared with the experiment values of the sample machine, both of which agree with each other well. The research results have indicated that, with the appropriate choice of these methods, the cogging torque can be reduced effectively.Key words:permanentmagnet machine;cogging torque;magnetic field analysis;finiteelement analysis随着高性能永磁材料的发展和永磁电机设计制造技术的不断提高，永磁电机广泛应用于速度和位置控制系统中.在开槽永磁电机中，由永磁体和开槽电枢铁心之间相互作用产生的齿槽转矩会影响速度与位置控制系统的性能[1]，尤其是在低速的时候,因此在对永磁电机进行设计时考虑如何有效地减小齿槽转矩就显得非常重要.关于抑制齿槽转矩，国内外学者进行了大量的研究，从电机本身的结构参数出发总结出了许多降低齿槽转矩的方法[2-6]，如斜槽/斜极、改变极弧宽度、减小定子槽开口宽度、移动转子磁极、定子槽不均匀分布、定子齿开槽(辅助槽)、增大气隙长度、双定子电机错齿结构、适当的极数/槽数配合、设计厚的定子齿以防饱和、改变定子齿槽比率等都能引起齿槽转矩的减小.应该注意，许多措施在降低齿槽转矩的同时，电磁转矩也跟着降低，电磁转矩脉动相应增加.另外，考虑到经济性，许多技术很少采用.例如很少采用定子槽不均匀分布和增大气隙长度等措施.还有，不同结构和不同参数的永磁电机采用同一种方法也有不同的效果.因此，应该针对具体的电机结构参数采用合适的方法以有效地降低齿槽转矩.本文以4极、48槽表面式稀土永磁同步电动机为例来分析极弧系数、磁极偏移和开辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响.1 齿槽转矩的计算齿槽转矩是永磁电机绕组不通电时永磁体和电枢齿槽之间相互作用产生的转矩，无槽电机不存在齿槽转矩的问题.齿槽转矩定义为电机不通电时磁场能量W相对转子位置角α的导数[1]，即:T cog=－W α（1）式中α为定子齿中心线和磁极中心线之间的夹角，即定转子之间的相对位置角.假设电枢铁心的磁导率为无穷大，电机内的存储能量可以近似表示为W≈W gap+W pm= 1 2μ ∫VB2d V（2）气隙磁密沿永磁电机电枢表面的分布可近似表示为：B θ,α =B rθh m h m+g θ,α （3）把式（3）代入式（2）可得：W= 1 2μ0 ∫VB2rθh m h m+g θ,α2d V （4）式中B r为永磁体剩磁磁密；h m为永磁体磁化方向长度；g为气隙长度将B2rθ和h m h m+g θ,α2分别进行傅立叶展开，就可以得到电机内的磁场能量，进而得到齿槽转矩的表达式.B2rθ的傅立叶展开式为：B2rθ =B r0+∑n=1 B r n cos2npθ （5）式中B r0=αp B2r（6）B rn= 2p π∫ παp 2p －παp 2p B2rθ cos2pnθ dθ=2 nπ B2r sin nαpπ（7）h m h m+g θ,α2的傅立叶展开式为：h m h m+g θ,α2=G0+∑n=1 G n cos nzθ（8）式中G0=h m h m+δ2（9）G n= 2z π∫ π z － a 2 0h m h m+δ2cos nzθdθ=2 nπh m h m+δ2sin nzθs0 2（10）将式（5）和（8）代入式（4），再由式（1）可得到：T cog(α)= πzL Fe4μ0 (R22－R21)∑n=1 nG nB r nz 2p sin(nzα) （11）式中L Fe,R2,R1,z,p和n分别为电枢铁心的轴向长度、电枢内半径、转子轭外半径、槽数、极对数和能够使nz/2p为整数的整数.可以看出，B2rθ和h mh m+g θ,α2都对齿槽转矩有影响，但并不是所有的傅立叶分解系数都对齿槽转矩有影响.对B2rθ而言，只有nz/2p次傅立叶分解系数对齿槽转矩产生作用，对h mh m+g θ,α2而言，只有n次傅立叶分解系数对齿槽转矩产生作用.所以若能减小B r(nz/2p)和G n就能有效地减小齿槽转矩.对一个永磁体形状尺寸相同、性能相同、均匀分布的永磁电机，在一个齿距内齿槽转矩的周期数N p的表达式为N p= 2p HCF z,2p.（12）式中HCF z,2p 表示槽数z与极对数2p的最大公约数，每个周期的机械角度为αT c=2π/ N p z .2 减小齿槽转矩的方法本文以一个4极、48槽的表面式永磁同步电动机为例，电机的相关参数见表1，采用各种方法进行分析和实验，如优化极弧系数、磁极偏移、开辅助槽等.电机的截面如图1所示，采用二维有限元方法对电机进行模拟仿真.所得气隙磁密波形如图2所示2.1 选择合理的极弧系数从式（11）可知r2(θ)只有nz/2p次傅立叶分解系数对齿槽转矩有影响，只要电机极对数和槽数确定，则对齿槽转矩有影响的r2(θ)的傅立叶分解次数也是确定的，由分析可知r2(θ)的傅立叶分解系数与极弧系数αp有关，某些次项系数B r k（k随αp变化而变化）非常接近于零[6].如果条件k=nz/(2p)满足,就可以大大削弱齿槽转矩.因此通过合理选取极弧系数，就可以使得这些值很小的B r k对齿槽转矩起作用、值大的B r k对齿槽转矩不起作用，从而削弱齿槽转矩.对于一个4极、48槽电机来说r2(θ)的傅立叶系数只有12k次系数对齿槽转矩有影响.图3所示为r2(θ)傅立叶分解式的12 k（k＝1,2,3,4）次谐波系数随极弧系数变化示意图，可以看出当极弧系数接近0.76或者0.80的时候B r12k接近于零，此时的齿槽转矩也应较小.因此对于一个4极、48槽电机，若极弧系数接近0.76或者0.80，齿槽转矩将大大减小，综合理论分析最佳极弧系数范围为0.756±0.002.2.2磁极偏移将其中一对永磁磁极逆时针方向移动一个合适的角度时，它与逆时针方向的永磁磁极间的气隙间隔减小，相应的漏磁增大，定转子间的耦合磁场减小，齿槽转矩因而减小[6]，如图5所示.对于一个4极电机，移动角度为β= 2π z × 1 2p = 360° 48 × 1 4 =1.875°（13）2.3 辅助槽开辅助槽主要是通过影响G n来影响齿槽转矩，最关键的是要确定辅助槽的个数.通过分析可知当采用N个辅助槽时，只有系数G m(N+1)≠0，且幅值变为原来的(N+1)倍，其他系数为0因此要减小齿槽转矩，就应消除G m(N+1)对齿槽转矩的影响[7-8].1)当N p≠1时，应满足N+1≠mN p.以6极、27槽电机为例，N p=2，所以应消除G2m对齿槽转矩的影响.若选择N=1或者N=3,则G2和G4不为零且被放大，所以不能选择N=1或者N=3；若N=2，则G3≠0，但是G3对齿槽转矩并没有作用.2)当N p=1时，则不论N为多少，G N+1总是影响齿槽转矩，所以不能用此方法来减小齿槽转矩，而应该考虑其他方法，如选择合理的极弧系数等.对于本文中所列举的4极、48槽电机，N p=1，所以用开辅助槽的方法来减小齿槽转矩效果并不明显.2.4 斜极或斜槽斜极或斜槽也可以降低齿槽转矩，斜极和斜槽的作用原理是相同的,两者适用场合不同,由于斜极工艺复杂,通常采用斜槽.但在工程实际中,即使定子槽精确斜一个齿距,也不能完全消除齿槽转矩,因为:1)在实际生产中,同一台电机中的永磁体材料存在分散性,电机制造工艺可能造成转子偏心;2) 斜极和斜槽并不能削弱永磁体端部和铁心端部之间的磁场产生的齿槽转矩.此外,当电机铁心较短或槽数较少时, 斜磁极和斜槽实现起来都较为困难,往往需要采取其他措施削弱齿槽转矩[1].3 试验结果及结论本文研究分析了永磁电机齿槽转矩产生的原理及理论表达式，并以一个4极、48槽永磁同步电机为例，利用二维有限元方法分析了极弧系数变化、磁极移动和开辅助槽对永磁电机齿槽转矩的影响，并已经做出了样机，试验样机的齿槽转矩测试波形如图6所示，齿槽转矩的测试和分析结果基本吻合.结果表明：根据电机具体的参数选择合适的方法可以有效地减小齿槽转矩.参考文献［1］王秀和. 永磁电机[M]. 北京：中国电力出版社，2007:80-81.WANG Xiuhe. Permanent magnet electric machine[M]. Beijing: China Power Press，2007:80-81.（In Chinese）［2］ KANG G H, HUR J. Analytical prediction and reduction of the cogging torque in interior permanent magnet motor[C]//Proceedings of 2005 IEEE International Conference on Electric Machines and Drives. New York: IEEE,2005: 1620-1624.［3］ ZHU Z Q, HOWE D. Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines[J]. IEEE Transaction on Energy Conversion, 2000,15(4): 407-412.［4］ BIANCHI N，BOLOGNANI S. Design techniques for reducing the cogging torque in surfacemounted PM motors[J].IEEE Transaction Industry Applications, 2002,38(5):1259-1265.［5］邓秋玲，黄守道，刘婷.永磁同步风力发电机设计参数对齿槽转矩的影响[J].微电机,2010(7)：9-12.DENG Qiuling, HUANG Shoudao, LIU Ting. Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet synchronous wind power generator [J].Micromotors,2010（7）：9-12. （In Chinese）［6］ STUDER C, KEYHANI A, SEBASTIAN T, et al. Study of cogging torque in permanent magnet machines[C]//Conference Record of the 1997 IEEE on Thirtysecond IAS Annual Meeting. New York: IEEE,1997:42-49.［7］ YANG Yubo, WANG Xiuhe, ZHANG Rong. The optimization of pole arc coefficient to reduce cogging torque in surfacemounted permanent magnet motors[J].IEEE Transactions on Magnetic,2006，42(4):1135-1138.［8］ YANG Yubo, WANG Xiuhe, LENG Xuemei,et al. Reducing cogging torque in surfacemounted permanent magnet motors by teeth notching[C]//Proceedings of 2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. New York: IEEE, 2007: 265-268.注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究

永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究永磁电机在现代工业中得到了广泛的应用。

其具有结构简单、高效率、起动性好等优点，成为了替代传统电机的一种重要选择。

其中，永磁电机齿槽转矩作为永磁电机的一种重要转矩，对于电机的正常运行以及电机的设计具有重要的意义。

本文将围绕永磁电机齿槽转矩及其计算方法进行探究。

一、永磁电机齿槽转矩的定义永磁电机齿槽转矩是指永磁电机在正常工作情况下，由于转子上的齿槽与定子上的绕组磁场相互作用而产生的转矩。

这种转矩通常被称为齿槽力矩或绕组振动力矩。

由于永磁电机中永磁体的磁场是不变的，因此齿槽转矩与机械负载相关，是一种非线性转矩。

二、永磁电机齿槽转矩的计算方法永磁电机齿槽转矩的计算方法通常使用磁场有限元分析方法来计算。

在进行磁场有限元分析之前，需要确定电机的几何尺寸、电气参数和材料参数等数据。

一般情况下，电机的几何尺寸和电气参数可以从电机的设计或测试数据中得到，而材料参数可以从材料文献中查询得到。

在进行磁场有限元分析计算时，需要定义电机的磁学模型，包括永磁体、绕组、铁芯等。

对于永磁体，通常采用固定磁场法，即将永磁体的磁场作为固定磁场加入到有限元计算中。

对于绕组，通常采用从定子的电气模型中导出的电流密度来进行计算。

对于铁芯，通常采用线性磁化模型来模拟铁芯的磁性。

在定义好电机的磁学模型之后，可以使用有限元软件进行磁场计算。

在磁场计算过程中，需要考虑绕组的振动和磁通的冲击，以得到更加准确的齿槽转矩。

通过磁场有限元分析计算，可以得到永磁电机的磁场分布、齿槽转矩和力矩波动等数据。

这些数据可以用于电机的设计和优化，使电机能够满足实际工作条件的需求。

三、永磁电机齿槽转矩的影响因素永磁电机齿槽转矩的大小和波动程度取决于多种因素。

其中，主要的影响因素包括永磁体的磁性、绕组的结构和参数、铁心的材料和形状等。

在永磁体的磁性方面，永磁体的磁场分布和磁场强度对于齿槽转矩的大小和波动都有重要的影响。

磁场强度越大，齿槽转矩就越大。

表贴式永磁同步电机齿槽转矩抑制的方法

ｍｅｈｏｔｄ．Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｓｉｇｎｉｉｆｃｎｃａｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｅｃｏｇｉｇｎｇｔｏｒｑｕｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ
以及国外相关齿槽转矩削弱方法的现状以及削弱电机齿槽转矩的意义进行了综述，详细论述了齿槽转矩产生的机理，从表贴式永磁电机本体设计及参数优化出发，分析文献中齿槽转矩主动削弱方法的优缺点。关键词：永磁同步电机；齿槽转矩；表贴式永磁体
中图分类号：ＴＰ２７３；ＴＭ３５１；ＴＭ３４１文献标志码：Ａ文章编号：１００１．６８４８（２０１６）１２．００８９．０６
ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＲｅｄｕｃｉｎｇＣｏｇｇｉｎｇＴｏｒｑｕｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔｅｄ
ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｗｉｔｈｉｔｓｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ｈｉｓｈｅｉｃｆｉｅｎｃｙ，ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎ－ｄｕｓｔｒｉａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｈｏｍｅａｐｐｌｉａｎｃｅｓａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒｈａｓａｖｅｒｙｎｅｇａ－ｔｉｖｅｉｍｐａｃｔｅｃｂａｕｓｅｏｆｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅ．Ｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｆｅｃｔｓｔｈｅｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒ，ＳＯｍａｎｙａｒｔｉｃｌｅｓｏｎｈｏｗｒｅｄｕｃｅｄｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅ．Ｂｙｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓ，ｈｅｔｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏａｌｅｖｅｌｇｅｎｅｒａｌ－ｌｙａｃｃｅｐｔａｂｌｅ．Ｉｎｈｉｔｓｐａｅｒｐ，ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｒｅｌｅｖｎｔａｄｏｍｅｓｔｉｃｎｄａｗｅａｋｅｎｔｈｅｍｏｔｏｒｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅ

基于ANSOFT的表贴式永磁电机齿槽转矩的优化设计

张学成杨向宇赵世伟（华南理工大学电力学院广州５１０６４０）
摘要：在永磁电机设计中，由于永磁体和有槽电枢铁心的相互作用，会产生齿槽转矩，引起振动和噪声，影
响电机的性能发挥。对于表贴式永磁电机，影响其齿槽转矩大小的因素有很多，本文用ＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ２Ｄ
之一。影响齿槽转矩大小有诸多因素。文献【２ — ５】提出了系统的解析分析方法，研究了电枢齿的形状、极弧系数选择、开辅助槽、斜槽、磁极形状对齿槽转矩的影响；
遗传算法进行优化分析，选出参数的优化组合，并将初始设计数据与优化后的数据进行了比较。仿真结果表
动的幅值变化情况。在保证该电机其他参数不变的情况下（比如电机轴长、定子内径、槽型、槽数等等），首先将极弧系数、磁钢厚度、极弧偏置等参数进行变量设
矢量控制等优点。因此，在高性能伺服系统以及低速大
转矩推进系统方面得到了广泛的应用 ” 。然而在永磁电机中，永磁体和有槽铁心相互作用，产生齿槽转矩，进
而产生振动和噪声，这是永磁电机需要考虑的重要问题
置，然后，以电机的齿槽转矩，气隙磁密，永磁体面积为目标函数进行研究。由于涉及的参数较多，各参数的变化对上述目标函数的影响都不相同，而且各参数的变
化又彼此关联，增加了此优化问题的复杂性。本文采用

表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法研究

表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法研究一、引言表贴式永磁同步电机在许多领域都有广泛的应用，但其齿槽转矩问题一直是影响电机性能的关键因素。

本文将研究表贴式永磁同步电机的齿槽转矩产生机理，分析其对电机性能的影响，并提出传统和新型的齿槽转矩削弱方法，最后进行实验验证和结果分析。

二、齿槽转矩产生机理齿槽转矩是表贴式永磁同步电机的一个重要问题，它是由电机齿槽结构引起的。

当电机转动时，永磁体与定子齿槽之间的相互作用会产生齿槽转矩。

这种转矩会导致电机转动不平稳，产生振动和噪声，影响电机的性能。

三、齿槽转矩对电机性能的影响齿槽转矩对电机性能的影响主要表现在以下几个方面：1.振动和噪声：齿槽转矩会导致电机转动不平稳，产生振动和噪声，影响电机的舒适性和可靠性。

2.效率：齿槽转矩的存在会降低电机的效率，增加电机的能耗。

3.可靠性：齿槽转矩会加速电机的磨损和老化，降低电机的可靠性。

四、传统齿槽转矩削弱方法为了削弱齿槽转矩，传统的方法主要有以下几种：1.改变定子齿槽形状：通过改变定子齿槽的形状，可以改变永磁体与定子齿槽之间的相互作用，从而削弱齿槽转矩。

2.改变永磁体形状：通过改变永磁体的形状，可以改变永磁体与定子齿槽之间的相互作用，从而削弱齿槽转矩。

3.采用斜极结构：采用斜极结构可以改变永磁体与定子齿槽之间的相互作用，从而削弱齿槽转矩。

五、新型齿槽转矩削弱方法随着科技的发展，新型的齿槽转矩削弱方法不断涌现。

以下是一些新型的齿槽转矩削弱方法：1.采用高性能永磁材料：采用高性能永磁材料可以增加永磁体的磁能积，从而减小齿槽转矩。

2.采用先进的控制策略：通过采用先进的控制策略，可以优化电机的运行状态，从而减小齿槽转矩。

3.采用无传感器技术：通过采用无传感器技术，可以实时监测电机的运行状态，从而及时调整控制策略，减小齿槽转矩。

六、实验验证与结果分析为了验证上述方法的有效性，我们进行了实验验证。

实验结果表明，传统的方法和新型的方法都可以有效地削弱齿槽转矩。

表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法研究

表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法研究永磁同步电机作为一种新型高效率的电动机，广泛应用于工业生产中。

然而，由于其电磁转矩常数较大，当永磁同步电机在启停、转速增减、负载变化等情况下，其转矩剧烈变化，容易产生振动和噪音，降低系统的稳定性和舒适性。

因此，研究永磁同步电机齿槽转矩削弱方法具有重要的实际意义。

永磁同步电机中的齿槽转矩主要源于电磁设计的不合理以及齿槽间隙不均匀等原因。

为了减小齿槽转矩的影响，研究人员提出了多种方法来削弱齿槽转矩。

首先，通过改变永磁同步电机的电磁设计，可以有效降低齿槽转矩。

通常情况下，增加电机的极对数可以减小齿槽内的磁场不均匀度，从而降低齿槽转矩。

同时，优化磁环的形状和参数，使得磁场分布更加均匀，也可以减小齿槽转矩的影响。

其次，加强永磁同步电机的控制策略也是削弱齿槽转矩的有效方法之一。

通过合理的电机控制策略可以实现转矩平滑的输出。

例如，采用矢量控制策略可以实时调节电机的电流和转速，使得转矩的波动变得较小。

此外，还可以采用预测控制策略，根据负载的变化预测电机的输出转矩，提前进行控制，从而降低齿槽转矩的影响。

另外，改变永磁同步电机的结构和设计也是降低齿槽转矩的有效方法。

例如，增加电机的齿数可以减小齿槽转矩的大小，但同时也会增加电机的体积和重量。

此外，采用断裂槽结构设计可以使得转矩变化更加平滑，减小齿槽转矩的影响。

值得注意的是，以上方法虽然在不同程度上能够削弱齿槽转矩，但也会对永磁同步电机的性能产生一定的影响。

因此，在实际应用中需综合考虑电机的性能要求和转矩削弱效果，选择合适的方法。

总的来说，永磁同步电机齿槽转矩削弱方法的研究对于提高电机的稳定性和舒适性具有重要的意义。

通过改变电磁设计、加强控制策略以及调整电机结构等途径，可有效减小齿槽转矩对电机的影响。

未来，随着科技的不断发展，这一领域的研究将会取得更大的突破，为永磁同步电机的应用提供更多的选择和优化方案。

永磁同步发电机齿槽转矩削弱方法研究

永磁同步发电机齿槽转矩削弱方法研究随着人们对能源的需求越来越高，清洁、安全的可再生能源的应用越来越广泛，永磁同步发电机（PMSG）作为一种新兴可再生能源，其具有低成本、高效率和环境友好等优点，越来越受到人们的欢迎和重视。

与永磁同步发电机相比，其齿槽转矩变化较大，转速变化明显，稳定性较差，严重影响发电机的正常运行，因此如何降低齿槽转矩成为永磁同步发电机发展的一个重要研究内容。

首先，在永磁同步发电机控制系统中，采用直流电机控制系统技术可以有效地降低齿槽转矩。

通过对电动机控制系统的优化，提高转矩环境下的发电机效率，有效降低齿槽转矩。

此外，可以采用永磁材料对齿槽转矩进行有效抑制。

永磁材料具有磁导率和磁滞等特性，可以有效抑制齿槽转矩的变化，使其转矩输出更加稳定。

此外，还可以采用错相发电机控制系统来控制齿槽转矩，在这种系统中，转子启动电流和终止电流的脉冲宽度可以通过控制电容的变化来调节，从而控制齿槽转矩。

另外，采用直接电子力矩控制系统技术，可以有效抑制齿槽转矩的变化，保持转子在设定运行点附近更稳定的转矩输出，使齿轮转矩削弱得到有效控制。

最后，永磁同步发电机开发人员还可以采用先进的集成技术来控制齿槽转矩。

通过对永磁同步发电机控制系统的优化，利用集成技术来缩小永磁同步发电机的体积，降低发电机的重量，使其体积更小，更节能，有效抑制齿槽转矩的变化，使其发挥最大的性能潜力。

综上所述，永磁同步发电机齿槽转矩削弱技术可以通过多种方法来实现：直流电机控制系统技术，永磁材料应用技术，错相发电机控制系统技术，直接电子力矩控制技术，以及集成技术，这些技术都有助于有效抑制永磁同步发电机齿槽转矩，提高发电机的运行性能和稳定性，更好地实现可再生能源的利用。

通过对永磁同步发电机齿槽转矩削弱方法的研究，有助于更有效地提高发电机的性能，实现可再生能源的利用，增强能源环境友好性，从而有助于人类生活的可持续发展。

单磁极加长降低表贴式永磁电机齿槽转矩

单磁极加长降低表贴式永磁电机齿槽转矩黄厚佳;李全峰;徐余法;黄苏融【摘要】针对表贴式永磁电机存在的齿槽转矩问题,提出运用单磁极加长的方法来降低电机齿槽转矩.运用解析法推导出电机单磁极加长后齿槽转矩解析表达式,通过傅里叶分析,得到对电机齿槽转矩具有重要影响的变量Br(vz).引入磁极加长系数η,研究如何选取η的数值削弱齿槽转矩.通过有限元仿真验证了所提方法的有效性.结果表明:通过合理选取磁极加长系数,将与齿槽转矩关键谐波分量有关的Br(vz)削减为零可有效降低电机齿槽转矩.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2018(045)012【总页数】6页(P55-59,92)【关键词】表贴式永磁电机;单磁极加长;齿槽转矩;傅里叶分析;有限元仿真【作者】黄厚佳;李全峰;徐余法;黄苏融【作者单位】上海电机学院电气学院,上海201306;上海电机学院电气学院,上海201306;上海大学机电自动化工程学院,上海200072;上海电机学院电气学院,上海201306;上海第二工业大学,上海201209;上海大学机电自动化工程学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言永磁电机具有机械特性良好、伺服性能好和效率高等优点。

随着电子科学技术和电机控制技术的不断发展，永磁电机被广泛应用于各个领域并在逐步替代直流、交流、步进等电机[1]。

由于定子开槽的作用，永磁体与定子齿相互作用会产生齿槽转矩。

齿槽转矩的产生不仅会降低驱动系统的精度，还会使电机产生振动和噪声，导致电机综合性能下降。

因此，在永磁电机设计时要采取一定的措施降低齿槽转矩来提高永磁电机的综合性能。

针对削弱永磁电机齿槽转矩的问题，国内外学者进行了大量的研究，主要集中在改变电机的相关结构或对某些参数进行优化上。

文献[2-3]选取多台不同极槽配合的永磁电机，分别运用解析法和有限元法对不同齿槽配合永磁电机的齿槽转矩进行计算，结果表明，当永磁电机齿槽配合为10极12槽时，齿槽转矩会得到极大削弱，该结论的正确性通过相关试验得到了验证。

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理论研究 heory Research
摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇
摇摇 2018 年第 46 卷第 11 期摇摇
NI You鄄yuan1,2 , WANG Lei1 (1. Hefei University of Technology,Hefei 230009,China; 2. National Engineering Laboratory of Energy-Saving Motor & Control Technique,
研究齿槽转矩具有重要的意义。国内外学者展开了广泛的研究,也提出了许多减小齿槽转矩的方法,如采用槽数与极数的配合[3-4] ,通过定子加辅助槽[5-6] ,选取合适的极弧系数[6-7] ,改变永磁体的形状[8-9] 以及利用转子偏心的办法[6,9] 等。
齿槽转矩的计算方法通常分为两类:有限元法和解析法。对齿槽转矩的研究大多采用的是有限元法,虽然计算结果精度高, 但是需要大量的计算时间,而且不适合进行优化分析。解析法是一种快速
Key words:PM machines; cogging torque; analytical method; energy method; Maxwell stress tensor method
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永磁电机相比于传统的电励磁电机具有结构简单、质量轻及效率高等优势[1] ,从而广泛运用在各种领域中。但是在一些特殊的领域中,要求转矩脉动低。而转矩脉动是永磁电机内在的缺陷,会产生振动和噪声。转矩脉动主要来源于齿槽转矩,齿槽转矩是由永磁体与电枢槽相互作用而产生的[2] 。
摘摇要:对于表贴式永磁电机,分析了计算齿槽转矩的 4 种解析模型,主要理论包括能量法和麦克斯韦应力张量法。模型中由于考虑极间漏磁和槽漏磁的不同,从而得到齿槽转矩的波形有所不同。并用 4 种解析模型计算了一台表贴式永磁电机的齿槽转矩。分析结果表明,考虑极间漏磁和槽漏磁的模型精度较高,并通过有限元法验证了理论分析的有效性。
Anhui University,Hefei 230601,China)
Abstract:Four models of predicting cogging torque for surface-mounted permanent magnet machines were presented. The main theoretical ideas of the models are energy method and Maxwell stress tensor method. These models with / without accounting for the slot and inter - pole leakage magnetic were analyzed, thus resulting in different waveforms of cogging torque. The predicted cogging torque waveforms by the analytical models were analyzed and compared. The conclusion can be drawn that the analytical model with considering the effect of inter-pole and slot magnetic leakage field is more accurate and validated by a finite element method.
收稿日期:2017 -05 -05 基金项目:安徽省自然科学基金(1508085ME89) ;安徽大学高节能电机及控制技术国家地方联合工程实验室开放课题基金 ( KFKT201602)
得到齿槽转矩的有效方法,并且从设计方面能直接
得出影响齿槽转矩的因素。解析法主要包括能量
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摇摇 2018 年第 46 卷第 11 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇
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理论研究 heory Research
詪摇
表贴式永磁电机齿槽转矩解析法比较研究
倪有源1,2 ,王摇磊1
(1. 合肥工业大学,合肥 230009;2. 安徽大学高节能电机及控制技术国家地方联合工程实验室,合肥 230601)
摇表
确的相对磁导,再计算齿槽转矩,与利用能量法的其贴
式
它模型相比,该模型得到的齿槽转矩更接近ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实际永
结果。模型 D 是运用麦克斯韦应力张量法计算齿
磁电
槽转矩。
机齿
槽
1摇解析模型分析
转
矩
表贴式永磁电机的分析模型如图1 所示。图1
解析
法
比
较
研
究
图 1摇永磁电机的结构
关键词:永磁电机;齿槽转矩;解析法;能量法;麦克斯韦应力张量法中图分类号:TM351摇摇文献标志码:A摇摇文章编号:1004-7018(2018)11-0001-05
Comparison of Analytical Methods of Cogging Torque of Surface-Mounted Permanent Magnet Machines
法[5,10-12] 和麦克斯韦应力张量法[13-16] 。
本文分析了计算齿槽转矩的 4 种模型。其中模
型 A 是利用理想化的气隙磁密计算齿槽转矩的简倪
化模型。模型 B 是通过先求解拉普拉斯方程和准
有源
泊松方程,获得气隙磁密解析式,然后计算齿槽转等
矩。模型 C 是先利用保角变换获得不同位置处精