定子槽开口宽度对永磁无刷直流电机定位转矩的影响
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
电机定子与转子槽数的关系
电机定子与转子槽数的关系答案：定子槽数决定了定子绕组的谐波次数，而转子槽数的匹配也很重要，不合理的匹配可能导致电机产生谐波转矩，影响电机的启动转矩和最大转矩，增加电机损耗，恶化振动和噪声性能。
在异步电机中，尤其是笼型转子异步电机，定子与转子的槽配合必须选择合适，否则会导致电机起动性能不符合要求，或电机运行时有明显的电磁噪声。
为了达到更高的效率和更佳的性能，定子槽数和转子槽数的比值应尽量接近1:1，虽然对称电机（定子槽数与转子槽数相等）结构简单、容易制造、经济实用，但在特定应用条件下，对称电机不一定是最优的设计方案。
转子槽形与槽数的几何空间局限性较大，多槽转子的槽形为细长型，而少槽转子槽形为扁胖型。
在满足起动性能的前提下，以转子漏抗最小作为转子槽数与槽形匹配的最佳组合，可以获取比较理想的最大转矩。
扩展：一、电机定子与转子的结构和作用电机是将电能转换成机械能的装置，整个电机由定子和转子两大部分组成。
定子是电机的静止部分，一般由硅钢片、线圈和端盖等部分组成。
转子是电机的动态部分，一般由轴、铁芯和导体等部分组成。
电机正常运转时，定子和转子之间产生交变磁场，从而产生力矩，驱动电机的旋转。
二、转子槽数对电机性能的影响转子槽数是指转子铁芯上排列的导体槽数，它对电机性能有重要影响。
通常来说，转子槽数越多，电机的性能越好。
1. 转矩：转子槽数越多，电机转矩也越大。
这是因为在转子上的导体数目增加后，可承载电流就增加了，从而增加了磁场力矩。
2. 效率：转子槽数的增加也会提高电机的效率。
这是因为在转子上的导体数目增加后，电机转速可以更快地跟随电源的变化，从而减少了损耗。
3. 噪音：转子槽数对电机噪音也有影响。
当转子槽数增加时，电机的叶轮产生的谐波幅度就会变大，从而导致噪音增加。
4. 动平衡：添加转子槽数目对电机的动平衡影响不大，但一定程度上会影响电机的制造难度。
总之，在电机设计中，需要考虑转子槽数对电机性能的影响，以便根据具体需求和条件进行合理的设计和优化。
定子齿表面开槽对永磁无刷直流电机齿槽转矩的影响
关系可以根据边界条件确定。
图 1 磁铁和空气交界面上力的示意
分析齿槽转矩时，电机处于空载状态，永磁 电 机交界面上没有电流负荷，所以，此时介质 1 和介 质 2 中的磁感应强度的法线分量和磁场强度的法线
分量 是连续 的，即
尽。= 凡。= 氏
(2)
拭，二从，= 拭
定位力矩对电机的影响，在于定位力矩会使电机 转矩波动，使电机不能平稳运行，影响电机的性能。
161 电，技京 20 8 年第，期
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，定位力矩产生的振动和噪声将被放大。定位力矩 的存在同样影响电机在速度控制系统中的低速性能和 在位置控制系统中的高精度定位，随着性能更好的永 磁体的日益广泛使用，定位力矩的问题更加突出。
影响齿槽转矩的因素很多，如齿槽的形状 、气 隙的大小、磁极 的形状和磁场分布等，通过解析法 求解齿槽转矩十分复杂和 困难，本文运用麦克斯韦 张量法来定性的解释齿槽转矩。同时利用麦克斯韦 法与虚位移法的等价性，通过虚位移法来计算齿槽
转矩。
2. 1 麦克斯韦张量法的引入 图 1 表示两种不同介质形成的交界面 5，设介
质 1和2 的磁导率分别是产、和产2，其中的磁感应强
度为 B，和 BZ，在交界面上取一小面积瑟 。交界面 上单位面积的切向和法向分量的应力为 ( 不考虑磁
饱和) : 。
器熟氏一六凡、 鱿
AFn _ dFn _ 上执峨。，一尽，，)
( 1)
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其中，尽，、凡。，尽，、凡，分别为介质 1 和介
PE 电力电子
定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响
定子齿开槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响古海江;黄文美;王超;高嘉伟【摘要】内置式永磁电机的永磁体在转子内部,与表贴式永磁电机相比,其等效气隙小、齿槽转矩的影响大.在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响.以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响.研究表明,合理设计定子齿上的辅助槽可以有效地削弱内置V型永磁同步电机的齿槽转矩.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2016(043)008【总页数】6页(P40-45)【关键词】内置式永磁电机;齿槽转矩;定子齿开槽;有限元方法【作者】古海江;黄文美;王超;高嘉伟【作者单位】河北工业大学电气工程学院,天津300130;河北工业大学电气工程学院,天津300130;河北工业大学电气工程学院,天津300130;河北工业大学电气工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TM351内置V型永磁同步电机的永磁体呈V型嵌在转子内部，相比表贴式永磁电机，具有转矩密度大、恒功率调速范围宽、高速运行稳定等优点，在电动汽车等领域得到了广泛的应用[1]。
由于永磁体与定子齿槽相互作用而产生的齿槽转矩会引起电机的振动和噪声，并且影响电机在控制系统中的低速性能和在位置控制系统中的定位精度[2]。
近年来，国内外在削弱齿槽转矩方面进行了大量的研究[3]。
文献[4]以4极48槽和6极27槽内置切向式永磁电机为例，研究了永磁体不对称放置对永磁电机齿槽转矩的影响，结果表明永磁体偏移合适的角度能有效削弱齿槽转矩。
但永磁体偏移的方法不适合内置切向式永磁电机，具有一定局限性。
文献[5]以4极36槽内置“一”字型永磁电机为例，采用永磁体结构分段的方法将电机的齿槽转矩有效削弱为传统内置式永磁电机的三分之一，但永磁体分段的方法使转子结构更加复杂。
文献[6-8]分析了内置式永磁电机齿槽转矩产生的机理，提出在转子内部或表面开辅助槽的方法来削弱齿槽转矩。
极槽配合对永磁同步电机性能的影响_新
极槽配合对永磁同步电机性能的影响摘要：永磁同步电机由于具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转动惯量小、过载能力强，运行可靠等特点，在家用电器、医疗器械和汽车中得到广泛使用。
永磁同步电机的齿槽转矩会引起输出转矩的脉动和噪声，不平衡径向电磁力则是电机的主要噪声源。
本文着重研究极槽配合对永磁同步电机性能的影响，主要包括齿槽转矩和径向电磁力两个方面。
详细介绍了齿槽转矩和径向电磁力的相关原理，并通过仿真对8极9槽和8极12槽两种极槽配合的电机进行分析比较，验证了相关的理论的正确性，最后得出电机设计中应综合考虑齿槽转矩、径向电磁力等相关因素合理选择极槽配合。
关键词：极槽配合；齿槽转矩；永磁同步电机；径向力Influence of Pole-Slot bination on The Performance of PermanentMagnet Synchronous MotorAbstract: Permanent magnet synchronous motor has simple structure, small volume, high efficiency, high power factor, small moment of inertia, strong overload capacity, reliable operation, widely used in household appliances, medical equipment and vehicles. Cogging torque willcause output torque ripple and noise of PMSM,And unbalanced radial electromagnetic force is the main reason of noise of motor. In this paper,we focuses on the research of pole-slot bination effects on the performance of PMSM, including two aspects:the cogging torque and radial electromagnetic force. The relevant principles of the cogging torque and radial electromagnetic force were introduced in detail, and through the simulation of 8 poles 9 slots and 8poles 12 slots motors,the two kinds of pole-slot bination motor were analyzed and pared, verified the related theory.Finally,we conclude that the cogging torque and radial electric force and so on related factors should be considered into the motor design when selecting reasonable pole-slot bination.Key words: pole-slot bination; cogging torque;PMSM; radial force1引言永磁同步电机结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转动惯量小、过载能力强，运行可靠，且其调速性能优越，克服了直流伺服电动机机械式换向器和电刷带来的一系列限制[1]。
电机定转子槽型参数
电机定转子槽型参数
电机是现代工业中不可或缺的重要设备，而电机的性能直接受到定转子槽型参数的影响。
定转子槽型参数是指电机定子和转子的槽型设计参数，包括槽形、槽数、槽宽、槽深等。
这些参数的选择对电机的性能、效率和稳定性都有着重要的影响。
首先，定转子槽型参数对电机的电磁特性有着直接的影响。
槽型参数的选择会影响电机的磁场分布和磁阻特性，进而影响电机的工作效率和输出特性。
合理的槽型设计可以使电机在不同负载下都能保持稳定的性能表现。
其次，定转子槽型参数还对电机的机械特性有着重要的影响。
槽型参数的设计会影响电机的机械结构和散热性能，从而影响电机的可靠性和使用寿命。
合理的槽型设计可以使电机具有更好的散热性能和机械强度，提高电机的稳定性和可靠性。
此外，定转子槽型参数还对电机的噪音和振动特性有着重要的影响。
槽型参数的选择会影响电机的运行平稳性和噪音水平，合理的槽型设计可以降低电机的噪音和振动水平，提高电机的工作环境和舒适性。
综上所述，定转子槽型参数的选择对电机的性能、效率、稳定性、可靠性和舒适性都有着重要的影响。
因此，在设计和制造电机时，需要充分考虑定转子槽型参数的选择，以确保电机具有优秀的性能和可靠的工作表现。
齿槽效应与定位扭矩
齿槽效应和定位扭矩是永磁同步电机（PMSM）设计中常见的问题。
齿槽效应是指由于定子齿和槽的结构造成气隙磁场的局部不均匀性，进而引起转矩波动的现象。
在电机运行过程中，定子齿部集中了较多的磁通量，而槽部磁通量较少，这种不连续性导致了齿槽转矩的产生。
这种转矩与转子位置有关，会导致电机运转时出现不规则的振动和噪声，影响电机的平滑运行和控制精度。
定位扭矩，又称为齿槽转矩或定向转矩，是在电机绕组不通电的情况下，由永磁体的磁场和定子齿槽之间的相互作用产生的。
这种转矩使得电机转子倾向于在特定位置停留，即在磁阻最小的位置。
当电机启动或运行在低速时，定位扭矩尤为显著，表现为转子在不同位置遇到的阻力不同，造成转矩波动。
为了减小齿槽效应对电机性能的影响，通常采用以下几种策略：
1. 设计优化：通过调整定子和转子的几何形状，比如使用非圆形截面或斜槽设计，以减少气隙磁场的非均匀性。
2. 控制策略：使用先进的电机控制算法，如矢量控制或直接转矩控制，来补偿齿槽转矩引起的波动，实现更加平稳的电机运行。
3. 传感器融合：在电机控制系统中集成位置传感器，实时监测转子位置，以便更精确地补偿齿槽转矩。
4. 磁性材料选择：选用高磁导率材料制作定子，以减少磁阻的不均匀性。
通过上述措施，可以在一定程度上减轻齿槽效应对永磁同步电机性能的负面影响，提高电机的运行品质和效率。
基于JMAG的永磁电机齿槽转矩研究及削弱措施
当永磁体磁极中心线与电枢定子槽中心线重叠时，齿槽转 矩因为相 互 抵 消其值 为 0 ,而当永磁体 磁 极中心 线与电枢 定子槽中心线存在一定角度的夹角时，由于其切向分力无 法完全抵消，这就是产生的齿槽转矩。齿槽转矩总是将转 子定位在某一个位置，因而也将齿槽转矩称为定位转矩。
2 电机参数 从电机齿槽转矩形成的机理可以看出，齿槽转矩随着
摘 要：永磁同步电机（PMSM）由于其较小的体积和高效率所带来的高转矩密度、高功率密度优点而获得越来越多的推
广使用，尤其是在汽车、航空等对电机有较高可靠性和高功率密度要求的领域，其优势更加明显。然而，永磁电机所特有
齿槽转矩，对于高性能永 磁电机的设计和优化 提出了更高的要求。本文 基于J M AG电磁设计软件，在分析齿槽转矩形成
原理的基础上，针对一款8极40kW永磁电机齿槽转矩进行对比分析，得出不同的定子槽开口宽度、极弧系数对齿槽转矩
的影响，并使用2D有限元法，验证了转子斜极可有效削弱电机齿槽转矩。
关键词：永磁同步电机 齿槽转矩 削弱
中图分类号：U469.72
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2018)08(b)-0048-03
转子旋转角度呈现周期性变化，周期大小与电机极数和槽 数 息 息相关。齿槽 转 矩与电枢 槽 结 构、绕 组 形式、极 弧 系 数等参数有关，因而可通过调整相关参数 来削弱齿槽转 矩以达到减小转矩脉动的目的。
本 文以一 款 8 极4 0 kW永磁同步电机为对 象，在 J M AG 中建 立了2 D 模 型（见图1），探 讨不同的 极 弧 系数，定子槽 开口宽度对电机齿槽转矩的影响，并验证了转子斜极和定 子斜槽对消弱齿槽转矩的作用。
3 齿槽转矩影响因素 3.1 极弧系数
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没有 初始条 件而 只有 边界条件 的定解 问题一 一边值
问题 ］ ［ ．
ｎ—— 电机 的机械转 速．
由此 可见△ 丁越大 ， 转速脉 动越大 ， 而极 大 的 从
当 电枢绕 组 中不通 电流 时 ， 电机 内部 只 有永磁
体作 用所产 生 的磁场 ， 忽略 电机轴 向磁 场的变化 ， 矢 量磁 位 Ａ 只有 Ｚ轴分量 ， 满足 泊松方程
Ｉ 一 Ｄ Ｊ Ｄ Ａ Ｌ Ａ — ： ｙ
式 中： —— 求解 区域 ； ｎ Ｓ —— 电机定子 内 圆和 转 子 外 圆边 界 ， 为一 类 边界 条件 ； Ｌ —— 永 磁体边 界 ；
比， 通过改 变开 口槽 的形 状 可 以降低 定位 力矩 ． 对于
齿槽 转矩 的产生 ， 子槽 开 口引起 的气 隙 磁 导变 化 定
力矩 的 影 响 进 行 了研 究．
关 键 词 ： 齿 槽 转 矩 ； 磁 无 刷 直 流 电机 ； 限元 仿 真 永 有 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ Ｍ ５ 文 章 编 号 ：１ ７ — １９ （ ０ ０ ０ 一 Ｏ ２ 一 Ｏ ６ １ ｌＸ ２ １）１ Ｏ８ ３
题更 加 突出．
１ 电磁 场 有 限元 法 基本 原 理
电磁 场的分 析和计算通 常归结 为求微分方 程的
的一种振 荡转矩 ． 它仅 与转子 的结构 尺寸 、 子齿槽 定 的结构尺 寸有关 ， 与 绕 组如 何放 置 在槽 中和 各相 而
绕 组 中馈 人多少 电流 等 因素无 关［ ． １ ］
是一个 重 要因素． 多技 术 都 是 针对 减 小 气 隙磁 导 许
变化 或建议 至少 改善 气 隙磁 导 的谐 波频 谱 ， 中最 其
直 观 的方 法 是减 小 定 子 槽 开 口宽 度 或 采 用 磁 性 槽
枢 齿 之 间 的 切 向 力 ， 永 磁 电 动 机 的 转 子 有 一 种 沿 使 着 某 一 特 定 方 向 与 定 子 对 齐 的 趋 势 ， 此 趋 势 产 生 由
低 速性能 和在位 置控 制 系统 中的高 精度 定位 ， 随着
性 能更好 的永磁 体 的 日益广 泛使 用 ， 位力 矩 的 问 定
第 ２ Ｏ卷 第 ｌ 期
２１ ０ ０年 ３月
湖 南 工 程
学 院 学 报 Biblioteka Ｖｏ ． ０ Ｎｏ １ １２ ． ．
Ｍ ａ ． ０１ ｒ２ ０
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｕ ａ ｎ ｔｔ ｔ ｆＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｏ ｒ ａ ｎ ｎ Ｉ ｓｉｕ ｅｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ
定 子 槽 开 口 宽 度 对 永 磁 无 刷 直 流 电 机 定 位 转 矩 的 影 响
张 颖
（ 苏食 品职 业 技 术 学 院 ， 安 ２３ ０ ） 江 淮 ２ ０ １
摘
要 ：齿槽转 矩是 由永磁体磁 场与磁 槽之 间相互作 用而产 生的 ， 它会 引 起 转 矩 脉 动 ， 至 可 能发 生 与 甚
电机 共振 的现 象． 响齿槽转矩 的 因素很 多 ， 影 如磁 极 、 的数 量 ， 槽 齿槽 形状 以及 磁钢 的极 弧 系数 等等． 本 文以永磁 无刷 直流 电机 为对 象， 用 Ａｎ ｏｔ有限元仿 真软 件 ， 过有 限元 分析 对 改 变槽 口宽度 对定 位 利 ｓｆ 通
电机 的转矩 平衡方 程为 ：
ｄ／ ｇ
一
解． 于 常微 分方程 ， 对 只要 由辅 助条件 决定任意 常数 之后 ， 其解 就是唯 一 的． 于偏 微 分方 程 ， 其解 成 对 使
，
＋ ＡＴ— Ｔｌ
为 唯一 的辅 助条件 可分 为 两种 ： 种 是表 达 场 的边 一
ｄ 一——了一 ｔ
界所 处 的物理 情况 ， 为边界 条件 ； 称 另一 种是确定场 的初 始状 态 ， 称为初 始条件． 界条件 和初始条 件合 边
称 为定解 条件． 目前 ， 电机 电磁 场 问题 主要研究 的是
式 中 ： —— 电磁恒 定 的转矩 ； △ Ｔ—— 脉动 的 电磁 转矩 ；
Ｊ— — 电 机 的 转 动 惯 量 ；
影 响系统 的定位 精度 和调 速性 能 ， 尤其 是 在 低 速运 行时， 其影 响更大 ， 可 能 出现 共振 现 象． 就使 永 有 这
磁 电机在伺 服系统 中 的应用 出现了一个 瓶颈。 因此 ， 分 析永磁 电机 的定 位力 矩显得 非常重要 ．
收稿 日期 ：０ ９ ９ ０ ２ ０ —０ － ３ 作者 简 介 ： 张 颖 （９ ８ ， ， 士 ， 师 ， 究 方 向 ； 机 与 电器 １ ７ 一） 女 硕 讲 研 电
位力 矩 、 槽 转 矩 、 阻 转 矩 等 ， 齿 磁 国外 文 献 均 称 为 Ｃ ｇ ｉｇ ｔｒ ｕ ． 位 力 矩是永 磁 电机 的固有 现 象 ， ｏ ｇｎ ｏ ｑ ｅ 定
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， 又称 齿槽定 位力矩 ． 的产生来 自于永磁 体与 电 它
定 位力 矩对 电机性 能 的影 响 ， 于定 位力 矩会 在
０ 引 言
在 不 同文献 中 ， 位力 矩有不 同名称 ， 齿槽定 定 如
使 电机转 矩波 动 ， 电机不 能平稳 运行 ， 响电机 的 使 影 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 ， 位力矩产 生的振 动和噪声将 被放大． 定 定 位力矩 的存在 同样影 响电机在 速度控制 系统 中的
第 １ 期
张 颖 ： 定子 槽开 Ｅ宽度 对永 磁无 刷直 流电机定 位转 矩的影 响 ｌ
２ ９
丢ｙ ＋ ｙ 一 （ （ 。 ） ）
ｓ ： 一０ ｌＡ （） ２
２ 定 子 槽 开 口宽 度对 定 位 力矩 的抑 制
电 磁 场 作 用 力粗 略地 跟 磁通 密度 的平 方 成 正