永磁电机齿槽转矩的研究分析
盘式永磁电机的分数槽绕组齿槽转矩分析
式 中 ： 槽 口宽度 ， ０— 用弧 度表 示 。 从 式 中可知 ， 最直 观 的减 小齿 槽转 矩 的方法 是 减 小定 子 槽 开 口宽度 或 采用 磁性 槽 楔 ， 在可 能 的情 况 或 下， 采用 闭 口槽 、 性 槽 楔 或 无 齿槽 铁 心 。但 减 小 定 磁 子槽 开 口宽度 会增 加 嵌入 绕 组难 度 ， 用 闭 口槽 则 会 采
＝
。
据 具 体 情 况 选 择 适 当 的 极 槽 比 ， 有 效 削 弱 齿 槽 转 能
矩 ， ］ 相对其他齿槽转矩削弱方法能减少 电机结构 的 复杂性 和加 工复 杂度 。 在分数槽绕组结构下 ， 电机齿槽转矩基波次数等
Ｊ ｄ Ｂ
（） ２
于定子槽数 ｚ 和极数 Ｐ的最小公倍数 （Ｃ ） 即： Ｌ Ｍ 口，
转矩 ， 由式 （ ） ： ５得
式 中： 一 电枢铁心的轴向长度 ； Ｒ 一 电枢外半 Ｒ，：
径 和 定子 轭 内半 径 ； ｚ一 电枢槽数 ； Ｐ一 电机 极对 数 ；
ｎ 一
使 （ ） ２ 为整 数 的整 数 ； ， ｐ Ｇ
一 相 关 的傅 里
叶 系数 。
Ｇ一（ ）（ … 警） ＝ 血 ）
上 官 景 仕 ， 范 磊 ， 王 琚 ， 承 志 范
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。
齿槽转矩形成的原因、对电机性能的影响和不同削弱方法的对比分析
齿槽转矩形成的原因、对电机性能的影响和不同削弱方法的对比分析一、齿槽转矩形成的原因及影响齿槽转矩Cogging torque，是永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。
它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩[1]。
无刷直流电动机电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿和槽,由于齿槽的存在,引起气隙的不均匀,一个齿距内的磁通相对集中于齿部,使得气隙磁导不是常数。
当转子旋转时,气隙磁场的贮能就发生变化,产生齿槽转矩,这个转矩是不变的,它与转子位置有关,因而随着转子位置发生变化,就引起转矩脉动[2]。
它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关，而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。
齿槽转矩会使电机转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。
同时使电机产生不希望的振动和噪声。
在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。
齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。
二、不同削弱方法及对比分析(1)斜槽或斜极：定子斜槽或转子斜极是抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一,该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机[3]。
实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。
而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的币弦化将会增大电磁转矩纹波。
斜极由于加工复杂、材料成本高而在工程上很少采用。
(2)磁极分块移位:由于转子斜极会使成本大大增加,并且加工工艺也会变得复杂,因而应用中往往采用磁极分块移位法,由通过计算得到磁极极弧系数,然后再把它优化,最后把几段分块磁钢沿周向错开一定角度安放来近似等效成一个连续的磁极[4],通常有两种移位方法:连续移位和交差移位,前者消除的是磁钢分块数目整数倍以外的所有齿槽转矩谐波成分,后者只能消除齿槽转矩的奇数次谐波,对偶数次谐波没有影响。
分数槽集中绕组永磁同步电机齿槽转矩研究
r®计分祈and a m lsi分数槽集中绕组永磁同步电机齿槽转矩研究紙择去机I2〇l8年第46卷第7期钟成堡1,2,吴帮超1,彭玉礼1,陈飞龙1(1.珠海格力电器股份有限公司，珠海519000;2.珠海格力电器股份有限公司空调设备及系统运行节能国家重点实验室，珠海519000)摘要:从齿槽转矩解析式出发，推导了各次谐波分布及齿槽转矩周期；并利用有限元软件分析了永磁同步电机的定子椭圆、槽口不等分布及转子静态偏心对齿槽转矩的影响，仿真结果显示定子椭圆是影响电机齿槽转矩的主要因素，且电机的齿槽转矩随定子椭圆量近似线性递增。
对样机进行了齿槽转矩测试实验，仿真值与实测值相差2. 09%，验证了采用定子椭圆模型分析齿槽转矩的可行性及正确性。
关键词:永磁同步电机;齿槽转矩;定子椭圆;有限元分析中图分类号：TM341;TM351 文献标志码:A文章编号:1004-7018 (2018) 07-0022-03Cogging Torque Research of Fractional Slot Concentrated WindingPermanent Magnet Synchronous MachinesZHONG Cheng-bao'，2，WU Bang-chao'，PENG Yu-li'，CHEN Fei-long1(1. GREE Electric Appliances Inc.of Zhuhai，Zhuhai 519000，China；2.State Key Laboratory of Air-conditioning Equipment and System Energy Conservation，GREE Electric Appliances Inc.of Zhuhai，Zhuhai519000，China) Abstract:Starting from the cogging torque analytical formula，the distribution of various harmonics and the cogging torque cycle was deduced. The influence of the stator ellipse，notched distribution of the permanent magnet synchronous motor and static eccentricity of the rotor on the cogging torque was analyzed. The simulation results show that the stator ellipse is the main factor affecting the cogging torque of the motor，and the cogging torque of the motor increases approximately linearly with the stator ellipticity. The experiments on the cogging torque of the prototype motor was tested，and the difference between the simulated value and the measured value was only 2. 09% ，which verified the feasibility and correctness of the cogging torque analysis using the stator ellipse model.Key words： permanent magnet synchronous motor ( PMSM) ； cogging torque ； elliptical stator ； finite element analysis0引言近年来，分数槽集中绕组结构在永磁同步电机 中应用的越来越广泛。
齿槽转矩形成的原因、对电机性能的影响和不同削弱方法的对比分析
齿槽转矩形成的原因、对电机性能的影响和不同削弱方法的对比分析一、齿槽转矩形成的原因及影响齿槽转矩Cogging torque，是永磁电机的固有现象，它是在电枢绕组不通电的状态下，由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩。
它的产生来自于永磁体与电枢齿之间的切向力，使永磁电动机的转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势，试图将转子定位在某些位置，由此趋势产生的一种振荡转矩[1]。
无刷直流电动机电枢铁心为了安放定子绕组必定存在齿和槽,由于齿槽的存在,引起气隙的不均匀,一个齿距内的磁通相对集中于齿部,使得气隙磁导不是常数。
当转子旋转时,气隙磁场的贮能就发生变化,产生齿槽转矩,这个转矩是不变的,它与转子位置有关,因而随着转子位置发生变化,就引起转矩脉动[2]。
它与转子的结构尺寸、定子齿槽的结构、气隙的大小、磁极的形状和磁场分布等有关，而与绕组如何放置在槽中和各相绕组中馈入多少电流等因素无关。
齿槽转矩会使电机转矩波动，产生振动和噪声，出现转速波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。
同时使电机产生不希望的振动和噪声。
在变速驱动中，当转矩脉动频率与定子或转子的机械共振频率一致时，齿槽转矩产生的振动和噪声将被放大。
齿槽转矩的存在同样影响了电机在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。
二、不同削弱方法及对比分析(1)斜槽或斜极：定子斜槽或转子斜极是抑制齿槽转矩脉动最有效且应用广泛的方法之一,该方法主要用于定子槽数较多且轴向较长的电机[3]。
实践证明，斜槽使电机电磁转矩各次谐波的幅值均有所减小。
而斜槽或斜极引起的绕组反电动势的币弦化将会增大电磁转矩纹波。
斜极由于加工复杂、材料成本高而在工程上很少采用。
(2)磁极分块移位:由于转子斜极会使成本大大增加,并且加工工艺也会变得复杂,因而应用中往往采用磁极分块移位法,由通过计算得到磁极极弧系数,然后再把它优化,最后把几段分块磁钢沿周向错开一定角度安放来近似等效成一个连续的磁极[4],通常有两种移位方法:连续移位和交差移位,前者消除的是磁钢分块数目整数倍以外的所有齿槽转矩谐波成分,后者只能消除齿槽转矩的奇数次谐波,对偶数次谐波没有影响。
基于JMAG的永磁电机齿槽转矩研究及削弱措施
机齿槽力矩[J].微特电机,2006,34(11):9-10.
50
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
从图3中可以得出电机齿槽转矩随着定子开口槽尺额定功率kw40额定电压dcv336定子槽数q36极对数p4峰值转速rpm11000峰值转矩nm300表1电机参数表表2不同极弧系数表3不同槽口宽度图2不同极弧系数时齿槽转矩图1电机模型名称方案1方案2方案3永磁体宽度mm1617175极弧系数071074076名称方案1方案2方案3槽口宽度mm222528万方数据科技创新导报2018no23scienceandtechnologyinnovationherald工程技术科技创新导报scienceandtechnologyinnovationherald50寸增大而逐渐增大当定子槽开口为22mm时齿槽转矩均方根值为10nm明显小于开口为25mm和28mm时的116nm135nm
工程技术
图3 不同开口槽尺寸时齿槽转矩
图4 斜槽、斜极对齿槽转矩影响
寸 增大而逐 渐 增大，当定子槽开口为 2 . 2 m m 时，齿 槽 转 矩 均 方 根 值 为1. 0 N m ,明显小于 开口为 2 . 5 m m 和 2 . 8 m m 时的 1.16Nm、1.35Nm。可见减小定子槽开口大小或者采用磁性 槽楔可明显消弱电机齿槽转矩。设计时可结合制作工艺， 适当减小定子槽口大小。 3.3 转子斜极和定子斜槽
Abstract: Permanent magnet synchronous motor (PMSM) is gaining more and more popular use due to its high volume density and high power density, especially in automotive and aerospace. In areas with higher reliability and high power density requirements, the advantages are even more pronounced. However, the cogging torque specif ic to permanent magnet motors places higher demands on the design and optimization of high performance permanent magnet motors. Based on the JMAG electromagnetic design software, based on the analysis of the cogging torque forming principle, the cogging torque of an 8-pole 40KW permanent magnet motor is compared and analyzed, and the different stator slot opening width and pole arc coefficient are obtained. The effect of the slot torque and the 2D f inite element method are used to verify that the rotor ramp can effectively attenuate the motor cogging torque. Key Words: Permanent magnet synchronous motor; Cogging torque; Weakening
内置式V型永磁同步电机齿槽转矩优化
内置式V型永磁同步电机齿槽转矩优化随着现代工业技术的不断发展，电动汽车已经成为了未来交通工具的主流趋势。
电动汽车所采用的驱动电机种类繁多，其中一种受到广泛关注的电机类型便是内置式V型永磁同步电机。
这种电机以其高效率、高功率密度、高可靠性等特点，被广泛应用于电动汽车等领域。
而电机的转矩性能直接关系到电动汽车的动力性能和能效水平，因此对内置式V 型永磁同步电机齿槽转矩的优化研究尤为重要。
内置式V型永磁同步电机的设计结构相对复杂，在电机转子的齿槽设计中，齿槽参数的优化对电机的性能具有重要的影响。
本文将对内置式V型永磁同步电机齿槽转矩优化进行深入探讨，为电机研发及应用提供一定的参考和指导。
1. 提升电机效率内置式V型永磁同步电机作为电动汽车的动力来源，其效率直接关系到汽车的续航里程和能源消耗。
齿槽转矩的优化可以提升电机的效率，降低能源消耗，从而提高电动汽车的续航里程。
2. 提高电机功率密度在电动汽车中，电机功率密度的提升可以减小电机的体积和重量，从而降低整车的成本并提升车辆的操控性。
通过优化齿槽转矩，可以提高电机的功率密度，使电机在相同体积下具有更高的输出功率。
3. 改善电机的动力性能内置式V型永磁同步电机齿槽转矩的优化可以改善电机的动力性能，提高电机的响应速度和扭矩输出特性，从而提升电动汽车的加速性能和行驶稳定性。
1. 齿槽形状的优化在齿槽设计过程中，通过对齿槽形状的优化可以改善电机的磁场分布，从而提升电机的转矩性能。
通常情况下，采用减小齿槽尖角和增大齿槽面积的方式可以提高电机的转矩密度和输出扭矩。
在齿槽设计中，包括齿槽高度、齿槽宽度、齿顶圆半径等参数的优化对电机的转矩性能有着重要的影响。
通过有限元分析等方法，可以对这些参数进行优化，从而实现电机转矩的有效提升。
3. 材料和工艺的优化除了齿槽形状和参数的优化外，材料和工艺的选择也对电机的转矩性能有着重要的影响。
选择高性能的材料和先进的工艺可以提高电机的磁场密度和热稳定性，从而提升电机的转矩特性。
永磁同步电机齿槽转矩的分析
（即两个相邻齿的距离 ）大小就可 以改变Ｇ 的值
［
。
这样会引起气 隙磁导 的变化 ，从而使齿槽 转
理论 与 设计
永磁 同步 电机 齿槽 转 矩 的分析
朱 兴 旺 方 超 李 勇 吴 帮超 刘 丰 广东 工 业 大 学 （５１０００６）
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｇｇｉｎｇ Ｔｏｒｑｕｅ ｏｆ Ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ Ｍ ａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍ ｏｔｏｒ
Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＭ ＳＭ ｃｏｇｇｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｓｌｏｔ—ｐｏｌｅ ｍ ａｔｃｈ ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍ ａｇｎｅｔ ｗ ｉｔｈ ｕｎｅｑｕａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
能不过多地 增加工艺的难度和制造成本。
ｌ 齿槽转 矩的削弱
齿槽转矩是由永磁电机的特殊结构引起 的， 是电机 固有 的，无法完全消除，只能最 大程 度地 削弱 。齿槽 转 矩 表 现 为 电机 的永 磁体 和 相 对 的 齿 槽 结 构 间相 互作 用 的切 向力 。这 种 力会 引起 永 磁 体 和 齿槽 保 持 对齐 的趋 势 ，即使 电机 不 通 电这个 力也不会消失 。这是因为在 电机的转 子转动时， 电枢齿周围的磁场基本不 变，而永磁体 两侧相对 的 电枢 齿所 在 的一 小段 区域 内 ，磁导 发 生 了较 大 的变化 ，从而 引起了能量的变化 ，进而 就产生了 齿槽转矩 。当电枢绕组不通 电时，电机的磁场能 量 为 ：
ＺＨ Ｕ Ｘｉｎｇｗａｎｇ ＦＡＮＧ Ｃｈａｏ ＬＩ Ｙｏｎｇ
Ｂａｎｇｃｈａｏ ＬＩＵ Ｆｅｎｇ
Ｇ ｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
摘 要：对常用 的永磁 同步 电机 （ＰＭＳＭ）的槽 极配 合进行分析 ，选 择最佳 的槽极配合 ，并用有 限元分析软件 Ｍａｘｗｅ１１进 行仿 真 ，提 出了利用不等厚 永磁体来 有效 削 弱ＰＭＳＭ的齿槽转 矩从而提 高电机性能的方 法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
龙源期刊网
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：A
Study of Cogging Torque in Permanentmagnet Machines
DENG 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。