内置式永磁同步电机齿槽转矩优化分析
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2019
第54 (
4期 209期)
(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
内置式永磁同步电机齿槽转矩优化分析
任德江，黄渠，李建军，武宁
(广东理工大学自动化学院，广东广州510006)
摘要内置式永磁同步电机齿槽转矩会产生振动和噪声，
是设计和研究永磁同步电
机必须考虑的关键问题。基，本文研究了 W型内置式永磁同步电机齿槽转矩的产生机理，并
Ren Dejiang，Huang Qu，L' Jianjun，and Wu Ning
(School of Automation，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China)
Abstrach Thc cogging torque of the built-in permaneni magnci synchronous motos (PMSM) wilt generate vibration and noise, and it V a key issue that must be considered in the design and study of PMSM. Based on this，tOiv papes studies the generation mechanism of coggingooaqueoGV-oFpebuito-in PMSM， and paoposesowomeohodsooeeooivetFaeduoeoheoogging torque in pertinence. Taking a 4-pote 36-slot built-in rare-earth PMSM as an example，the finite-element analysii method i adopted Os verify the cooectness of the proposed method，and the efficienco and powes tactos of the motos before and aftes optimizing the cooging torque are compared and analyzed. The expyimentat oesulto show that changing the slot combination and the permanent-magnet width can efectivvly reduco the cooging torque of tie motoe and achieve the purposs of weakening the vibration and noiss of PMSM.
对性提出两种能有效降低齿槽转矩的方法。以4极36槽的内置式稀土永磁同步电机为例，采
用有限元分析方法验证本文所提方法的正确性，并对比分析齿槽转矩优化前后的电机 和 •
因素。实验结果表明，
电机的效率和
，
内置式永磁同步电机的槽配合及
永磁
有 小齿槽转矩，达到 永磁电机产生振动和噪声的目的。
关键词 内置式永磁同步电机;齿槽转矩;有限元分析;能 法；
其他性能 的 $本文以一台定子
36槽4极的W型内置式永磁同步电机为例，提出
两种削弱内置式永磁同步电机齿槽转矩的方法，有
限元 结果表明，选择合适的定转子槽配合
小齿槽转矩中的特定谐波分量;而优化内置式永
磁
其谐波总量最小化。
1齿槽转矩的分析
1-1齿槽转矩计算原理分析 用计算齿槽转矩的方法有能量法、麦
克斯韦应力张量法、有限元以及磁通磁动势一绘 法。本文主要是对第一种方法 分析，能
法本质是 电机总磁通不变，对电机磁场的能 对位移进行 $齿槽转矩定义为电机电枢绕
一个固有的缺点，电机
转 永磁体
产生的磁场和定子的齿槽 相 用产生齿槽
转矩" 特
， 齿槽转矩的单位均为
），齿槽转矩会使电机的输出转矩产生较大
的脉动，进一步产生振动和噪声，极
电机工
性能。
设计和研发永磁电机时，对齿槽
转矩产生机理和 方法的研究显得尤为必要。
4
Leabharlann Baidu
有降低齿槽转矩的方法'1（，
分
为 ，一是
设计参数，二是对电机的某
Key words Built-in PMSM； cooging torque; finite-element analysis ; energy method; Maaweosteestensoemethod
0引言
稀土永磁 有较好的导磁性能，利用它产
生气隙磁场的永磁同步电机具有
能、功率
和可靠性 优点。然，这电机 :
结构进行优化。
过 电机的极槽配
合、定子槽
、极 数大小
设计参
数以降低齿槽转矩;优化电机结 要 定子
槽、斜转子磁极、极槽配合、优化磁极形状、优化
磁钢磁化方向、转子磁极移动、不 槽
合、
定子齿 槽、优化极 数、定子槽不 设计
方法、永磁体分块、定子齿 槽等方法。文 '2（ 过对齿槽转矩产生的机理进行分析， 研
韦张量应力法
DOI：10.3969/J. ISSN. 1008-7281.2019.04.02
中图分类号:TM303.3 文献标识码:A文章编号：1008-7281 (2019)04-0004-005
Optimal Analysis on Cogging Torque of the Built-in Permanent Magnet Synchronous Motors
［4］研究了 W型内置式永磁同步电机中磁
角对齿槽转矩的 ，
对定子齿 进行再
设计以降低饱和,有限元 结果表 提方法
的有效性和科学性。
文研究对象均为表贴
式永磁同步电机，而对内置式永磁同步电机的齿
槽转矩研究较少$
的是,并不是 三类方法都能有效
降低所有类别永磁同步电机齿槽转矩，即使能
够降低电机的齿槽转矩，考虑对电机、功
究不 极槽 5对齿槽转矩的 ， 并
定极槽 5 ，
槽对电机齿槽转矩的
彷爆临机
(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
2019年第4期 第54卷( 209期)
进行了 分析。文［3］研究转
对永
磁同步电机齿槽转矩的 ，并提出转子再设计
方法降低齿槽转矩，结表 提方法 小齿
槽转矩的 还能提高电机的输出转矩；文
第54 (
4期 209期)
(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
内置式永磁同步电机齿槽转矩优化分析
任德江，黄渠，李建军，武宁
(广东理工大学自动化学院，广东广州510006)
摘要内置式永磁同步电机齿槽转矩会产生振动和噪声，
是设计和研究永磁同步电
机必须考虑的关键问题。基，本文研究了 W型内置式永磁同步电机齿槽转矩的产生机理，并
Ren Dejiang，Huang Qu，L' Jianjun，and Wu Ning
(School of Automation，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China)
Abstrach Thc cogging torque of the built-in permaneni magnci synchronous motos (PMSM) wilt generate vibration and noise, and it V a key issue that must be considered in the design and study of PMSM. Based on this，tOiv papes studies the generation mechanism of coggingooaqueoGV-oFpebuito-in PMSM， and paoposesowomeohodsooeeooivetFaeduoeoheoogging torque in pertinence. Taking a 4-pote 36-slot built-in rare-earth PMSM as an example，the finite-element analysii method i adopted Os verify the cooectness of the proposed method，and the efficienco and powes tactos of the motos before and aftes optimizing the cooging torque are compared and analyzed. The expyimentat oesulto show that changing the slot combination and the permanent-magnet width can efectivvly reduco the cooging torque of tie motoe and achieve the purposs of weakening the vibration and noiss of PMSM.
对性提出两种能有效降低齿槽转矩的方法。以4极36槽的内置式稀土永磁同步电机为例，采
用有限元分析方法验证本文所提方法的正确性，并对比分析齿槽转矩优化前后的电机 和 •
因素。实验结果表明，
电机的效率和
，
内置式永磁同步电机的槽配合及
永磁
有 小齿槽转矩，达到 永磁电机产生振动和噪声的目的。
关键词 内置式永磁同步电机;齿槽转矩;有限元分析;能 法；
其他性能 的 $本文以一台定子
36槽4极的W型内置式永磁同步电机为例，提出
两种削弱内置式永磁同步电机齿槽转矩的方法，有
限元 结果表明，选择合适的定转子槽配合
小齿槽转矩中的特定谐波分量;而优化内置式永
磁
其谐波总量最小化。
1齿槽转矩的分析
1-1齿槽转矩计算原理分析 用计算齿槽转矩的方法有能量法、麦
克斯韦应力张量法、有限元以及磁通磁动势一绘 法。本文主要是对第一种方法 分析，能
法本质是 电机总磁通不变，对电机磁场的能 对位移进行 $齿槽转矩定义为电机电枢绕
一个固有的缺点，电机
转 永磁体
产生的磁场和定子的齿槽 相 用产生齿槽
转矩" 特
， 齿槽转矩的单位均为
），齿槽转矩会使电机的输出转矩产生较大
的脉动，进一步产生振动和噪声，极
电机工
性能。
设计和研发永磁电机时，对齿槽
转矩产生机理和 方法的研究显得尤为必要。
4
Leabharlann Baidu
有降低齿槽转矩的方法'1（，
分
为 ，一是
设计参数，二是对电机的某
Key words Built-in PMSM； cooging torque; finite-element analysis ; energy method; Maaweosteestensoemethod
0引言
稀土永磁 有较好的导磁性能，利用它产
生气隙磁场的永磁同步电机具有
能、功率
和可靠性 优点。然，这电机 :
结构进行优化。
过 电机的极槽配
合、定子槽
、极 数大小
设计参
数以降低齿槽转矩;优化电机结 要 定子
槽、斜转子磁极、极槽配合、优化磁极形状、优化
磁钢磁化方向、转子磁极移动、不 槽
合、
定子齿 槽、优化极 数、定子槽不 设计
方法、永磁体分块、定子齿 槽等方法。文 '2（ 过对齿槽转矩产生的机理进行分析， 研
韦张量应力法
DOI：10.3969/J. ISSN. 1008-7281.2019.04.02
中图分类号:TM303.3 文献标识码:A文章编号：1008-7281 (2019)04-0004-005
Optimal Analysis on Cogging Torque of the Built-in Permanent Magnet Synchronous Motors
［4］研究了 W型内置式永磁同步电机中磁
角对齿槽转矩的 ，
对定子齿 进行再
设计以降低饱和,有限元 结果表 提方法
的有效性和科学性。
文研究对象均为表贴
式永磁同步电机，而对内置式永磁同步电机的齿
槽转矩研究较少$
的是,并不是 三类方法都能有效
降低所有类别永磁同步电机齿槽转矩，即使能
够降低电机的齿槽转矩，考虑对电机、功
究不 极槽 5对齿槽转矩的 ， 并
定极槽 5 ，
槽对电机齿槽转矩的
彷爆临机
(EXPLOSION-PROOF ELECTRIC MACHINE)
2019年第4期 第54卷( 209期)
进行了 分析。文［3］研究转
对永
磁同步电机齿槽转矩的 ，并提出转子再设计
方法降低齿槽转矩，结表 提方法 小齿
槽转矩的 还能提高电机的输出转矩；文