极槽配合对永磁同步电机性能的影响_新

永磁同步电动机振动与噪声特性研究一、本文概述随着科技的不断进步和环保理念的日益深入人心，永磁同步电动机（PMSM）作为一种高效、环保的驱动方式，已在诸多领域得到了广泛应用。

然而，随着其使用范围的扩大，其振动与噪声问题也逐渐显现，成为了制约其进一步发展的关键因素。

因此，本文旨在深入研究永磁同步电动机的振动与噪声特性，以期为降低其振动与噪声、提高其运行稳定性和可靠性提供理论依据和技术支持。

本文将首先介绍永磁同步电动机的基本原理和结构特点，阐述其振动与噪声产生的机理。

在此基础上，通过理论分析和实验研究相结合的方法，研究永磁同步电动机在不同工况下的振动与噪声特性，探讨其影响因素和变化规律。

本文还将对永磁同步电动机的振动与噪声抑制技术进行研究，提出有效的抑制方法和措施。

本文的研究内容不仅对于提高永磁同步电动机的性能和可靠性具有重要意义，而且对于推动永磁同步电动机的广泛应用和产业发展也具有积极的促进作用。

因此，本文的研究具有重要的理论价值和实践意义。

二、永磁同步电动机的基本原理与结构永磁同步电动机（PMSM）是一种高效、高性能的电动机，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业机器人和精密机床等领域。

其基本原理和结构决定了其在振动和噪声特性上的表现。

永磁同步电动机的基本原理基于电磁感应和磁场相互作用。

它利用永磁体产生恒定磁场，作为励磁源，通过控制定子电流的相位和幅值，使定子磁场与转子磁场保持同步旋转。

当定子电流产生的旋转磁场与转子永磁体磁场相互作用时，会产生电磁转矩，驱动电动机旋转。

永磁同步电动机的结构主要由定子、转子和端盖等部件组成。

定子由铁心和绕组组成，铁心用于固定绕组并提供磁路，绕组则通过电流产生旋转磁场。

转子则主要由永磁体和铁心组成，永磁体提供恒定磁场，铁心则用于增强磁场强度。

端盖则用于固定定子和转子，并提供机械支撑。

在PMSM中，永磁体的使用是关键。

永磁体具有高矫顽力、高剩磁和高磁能积等特点，能够提供稳定的磁场，从而提高电动机的效率和性能。

永磁同步电机极槽组合优化的研究尚海窦满峰陈敏赵祥珺【摘要】摘要齿槽转矩是影响永磁同步伺服电机低速平稳性的主要原因。

本文先通过能量转换概念分析了永磁电机的转矩特性，进而分析和推导了齿槽转矩的解析表达式。

针对4极12槽、15槽、18槽的不同极槽组合进行分析，从理论上得出4极15槽这种极槽组合可明显削弱齿槽转矩。

在这种极槽组合的基础上，通过合理的绕组连接，可改变磁链中的谐波分量和幅值，有利于反电势波形更趋于正弦波。

最后采用有限元对其进行仿真验证，证明上述提出的方法正确有效。

【期刊名称】科学技术与工程【年(卷),期】2014(014)011【总页数】5【关键词】关键词齿槽转矩极槽组合反电势正弦波有限元随着工业技术的发展，永磁同步电机在伺服场合中的应用越来越广泛，但由于永磁体和定子齿相互作用产生齿槽转矩，反电势中含有大量谐波，导致波形畸变率高，这些因素则会引起振动和噪声。

这种由上述因素产生的转矩脉动会严重影响永磁同步伺服电机的低速平稳性，增加精确位置控制的控制难度［1］。

目前，用于削弱齿槽转矩和反电势谐波的有效方法有:定子槽扭斜、闭口槽、永磁体扭斜、改变转子极弧系数、不对称磁极等。

但是斜槽会增加电机的制造成本;极弧系数优化和不对称磁极以及永磁体扭斜会不同程度地降低电机输出性能［2—4］。

相对上述方法，极数和槽数的组合方法可适度回避以上问题。

因为电机是一个典型的能量转换装置，结合能量转换的概念，分析了永磁同步电机的有效转矩和齿槽转矩之间的关系，推导了可定性分析齿槽转矩的解析表达式。

据此研究了15槽4极这种不常见的极槽配合对齿槽转矩和反电势波形的影响。

研究表明，通过与12槽4极和18槽4极电机进行数学解析比较，15槽4极这种极槽配合可有效削弱齿槽转矩。

经过合理的绕组布线，可以改变磁链中的谐波分量和幅值，有利于使反电势back-EMF波形更接近正弦波。

最后利用有限元法进行仿真验证，证明所提出的方法是正确有效的。

黴特电机摇2021年第49卷第1期疋专题讲座emiar Co-Umn 电机槽极配合与电机运行质量特性研究(I)邱国平1,王镇1，丁立2(1.常州亚美柯宝马电机有限公司，常州213011；2.常州旭泉精密电机有限公司，常州213011)编者按:永磁同步电机的运行质量特性是电机设计生产制造等方面的关注焦点之一。

以本期开始，我刊将分期刊登由邱国平等撰写的有关永磁同步电机槽极配合与电机运行质量特性研究应用方面的文章，以期对从事电机 研究和设计有兴趣的读者有所参考，更好地满足用户和市场的需求。

摘要:研究永磁同步电机的槽极配合对电机运行质量特性的影响，包括齿槽转矩、转矩波动、绕组系数、最大输出功率、感应电动势等。

引入齿槽转矩的评价因子C T和计算因子计算C T和K L可简化对齿槽转矩的计算，并选择合理的槽极配合，仿真软件验证了其正确性和合理性。

关键词:永磁同步电机；槽极配合;齿槽转矩；电机运行质量中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:1004-7018(2021)01-0055-05Research on Slot-Pole Combination and Motor Operation Quality Characteristic(I)QIU Guo-ping1，WANG Zhen1，DING Li2(1.Changzhou AMEC&GBM Motors Co.，Ltd.，Changzhou213011，China；2.Changzhou Prostepper Co.,Ltd.,Changzhou213011,China)Abstract:The influence of slot-pole combination on permanent magnet synchronous motor operation quality character­istics was studied,including cogging torque,torque ripple,winding coefficient,maximum output power and induced elec­tromotive force.The evaluation factor C T and calculation factor K L of cogging torque were introduced.The calculation of C T and K L can simplify the calculation of cogging torque，and the reasonable slot-pole combination was selected.The correct­ness and rationality of the calculation were verified by the simulation.Key words:permanent magnet synchronous motor,slot-pole combination,cogging torque,motor operation quality1电机运行特性1.1电机运行的机械特性电机在运行中表现出的特性,一般称为电机的机械特性，电机的机械特性决定了电机在不同工作点的性能，其中包括:转矩、转速、电流、输出功率、输入功率等。

不同极槽配合永磁伺服电机的电磁性能分析和比较曹翼;李光耀【摘要】针对一款高性能永磁伺服电机的设计指标,在相同的外形尺寸要求下,提出了不同极槽配合的设计方案. 结合分数槽集中绕组永磁伺服电机的结构和性能特点,使用有限元软件对2种方案进行了电磁性能分析,通过对齿槽转矩、反电动势谐波、效率等数据的比较,得出了不同设计理念的优劣之处,为下一步永磁伺服电机的样机开发方案选择提供了参考依据.%For a high performance permanent magnet servo motor design index, under the request of the appearance of the same size, put forward the design scheme of a groove cooperates. Combined with fractional slot concentrated winding structure and performance characteristics of permanent magnet servo motor, using the finite element software the electromagnetic performance of two kinds of schemes was analyzed. Based on the cogging torque and back emf harmonic, efficiency, such as data comparison, analyzed the advantages and disadvantages of different design concept, for the permanent magnet servo motor prototype development scheme selection provided a reference basis.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2015(042)011【总页数】6页(P21-25,40)【关键词】极槽配合;永磁伺服电机;电磁性能分析;有限元仿真【作者】曹翼;李光耀【作者单位】上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司,上海 200063;上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司,上海 200063【正文语种】中文【中图分类】TM3510 引言由于永磁材料的固有特性，永磁交流伺服电机有响应快、功率密度大、效率高、运行平稳等特点，在半导体加工、数控机床等行业得到了广泛应用。

专题讲座做特电机I2021年第49卷第6期电机槽极配合与电机运行质量特性研究（刃）左昱昱】，储建华2,邱国平3（1.苏州绿的谐波传动科技股份有限公司，苏州215101；2.江苏开璇智能科技有限公司，苏州215101；3.常州禧斯特宝马电机有限公司，常州213011）摘要:选择评价因子G较小的槽极配合，配以磁钢削极等措施,可以有效削弱电机高次谐波成分。

以12槽电机为例，槽数相同，极数越小,电机的最大输出功率越大；以16极电机为例，极数不变，槽数越小，电机的最大输出功率越大。

关键词:槽极配合；谐波；最大输出功率中图分类号:TM351文献标志码:A 文章编号：1004-7018（2021）06-0056-02Research on Slot-Pole Combination and Motor Operation Quality Characteristic（刃）Yu-yu1,2,QTU Guo-pd昭3（1.Suzhou Leader Harmonious Drive systems Co,Ltd.,Suzhou215101,China；2.Jiangsu Kaiserdrive1ntelligent Technology Co,Ltd,Suzhou215101,China；3.Changzhou BEST-GBM Motors Co,Ltd.,Changzhou213011,China）Abstract:The harmonic components of the motor can be effectively reduced by selecting smaller evaluation factor C T and eccentric chamfering of magnetic steel.Taking12slot-motor as an example，if the number of slots is the same，the smaller the number of poles，the greater the maximum output power of the motor.Taking16-pole motor as an example，the smaller the number of slots，the greater the maximum output power.Key words:slot-pole combination,harmonic component,maximum output power]1槽、极配合与电机谐波1.1谐波的基本介绍如果一个正弦波电压或电流发生了畸变，我们|可以用一个标准的正弦波电压叠加多个不同频次的左|正弦波电压来表示,这个标准的正弦波称为基波，其昱丨他不同频次的波形称为谐波。

永磁风力发电机的设计与计算一、引言项目所设计的是100W永磁同步风力发电机。

永磁同步发电机的运行性能指标要求是多方面的。

针对本毕设所设计的电机的应用场合及技术要求，在设计过程中有以下几点需要特殊注意，整个设计也是围绕这几点展开。

首先是要求中对电机的体积大小有了明确的限制，在相对较小的体积中为了达到需要的目标，那么需要进行大量的优化工作，充分利用空间。

其次是永磁体要求采用嵌入式，较于表贴式而言，嵌入式结构有其独特的优势，也有不足的地方，因此需要进行讨论分析，针对嵌入式结构，设计转子的磁路结构，以便完全发挥利用嵌入式的优点。

然后是指标中对电压调整率有明确的规定和要求。

由于本次毕设的永磁电机一旦制成后磁场将无法随着电场得建立而改变，因此优化电压调整率成为设计的重点之一。

最后是齿槽转矩，因为本电机用于风力发电，针对风力小且频繁的特点，对于风力发电机而言，最重要的指标之一就是齿槽转矩。

因此在设计过程中应该一直以此为方向和指标。

二、初步方案确定（1）绕组的选取选择不同类型的绕组，不仅关系到绕组端部的长度和电机的损耗，也对加工工艺有一定影响。

电机的绕组可以分为两大类，分布式绕组和集中式绕组。

分布式绕组多采用整数槽绕组，永磁同步电机常用的集中式绕组多为分数槽绕组。

对于分布式整数槽绕组来说，采用较大的每极每相槽数时，谐波漏抗减小，附加损耗降低；每槽的导体数减少，使槽漏抗减小，且有利于散热。

而且本次设计的永磁电机主要用于风能发电，而在风能发电领域最重要的指标之一就是齿槽转矩。

而采用分数槽绕组可以很好的降低齿槽转矩。

因此本次设计每极每相槽数为0.3的10极9槽这一经典极槽配合作为分数槽绕组方案。

（2）永磁材料的选取钕铁硼永磁材料是1983年问世的高性能永磁材料。

它的磁性能高于稀土钴永磁。

室温下剩余磁感应强度r B 现可高达1.47T ，磁感应矫顽力c H 可达992kA/m （12.4kOe)，最大磁能积高达3397.9/kJ m (50MG·Oe)，是目前磁性能最高的永磁材料。

184AUTO TIMEAUTO PARTS | 汽车零部件定子辅助槽对永磁同步电机齿槽转矩的影响研究谷昭斌　王佳良　荣晖　郗宁　石德昱博世华域转向系统（烟台）有限公司 研发技术科 山东省烟台市 265500摘 要： 永磁同步电机定子齿开辅助槽可以有效抑制电机齿槽转矩。

本文以一台6槽4极的永磁同步电动机为例，通过有限元法建立电动机电磁场模型，利用 ANSYS MAXWELL 软件进行有限元仿真，分析了定子开辅助槽前以及开辅助槽后对永磁电机齿槽转矩大小的影响，并制作样件进行试验。

仿真以及试验研究表明，合理设计定子齿的辅助槽可以有效抑制齿槽转矩，降低电机噪声。

关键词：永磁同步电机　辅助槽　齿槽转矩　有限元分析1　引言永磁同步电机在高性能控制系统中应用越来越广泛，当永磁同步电机应用到EPS 转向系统电机等领域时，齿槽转矩过大会使转矩波动明显，将无法带来良好的驾驶手感，有可能引起客户关于振动与噪声问题的抱怨。

抑制永磁电机齿槽转矩的方法主要包括采用分数槽绕组、定子斜槽和转子斜极、优化极弧系数以及定子齿开辅助槽等。

本文研究在定子齿开辅助槽，通过合理选择辅助槽的尺寸，实现进一步削弱永磁同步电机齿槽转矩的目的。

利用ANSYS MAXWELL 软件建立永磁电机模型，仿真分析定子开辅助槽前以及开辅助槽后对永磁电机齿槽转矩大小的影响，并制作手工样件进行电机噪声测试。

2　齿槽转矩产生机理齿槽转矩来源于电机本身结构。

当永磁电机绕组不通电时，在电机内部的齿槽与永磁体之间会有一个保持永磁体与齿槽相对位置不变的力，这个力沿着气隙圆周方向的切向分力会阻碍永磁体与齿槽两者相对运动，这个力相对轴心对应存在一个转矩，这个转矩便是齿槽转矩。

永磁电机运行时，齿槽转矩过大会使电机输出转矩的脉动增大，振动和噪声严重。

3　基于ANASYS MAXWELL 的有限元分析3.1　电机基本参数为了研究辅助槽槽形尺寸对电机齿槽转矩的影响，选择永磁同步电机原型机进行有限元仿真分析计算，电机的主要参数在表1中列出。

㊀第５２卷２０１９年㊀第３期３月ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳＶｏｌ ５２.Ｎｏ ３Ｍａｒ ２０１９不同槽极数配合的永磁电机噪声特性分析高㊀辉１ꎬ２ꎬ尹红彬３ꎬ王永超１ꎬ２ꎬ顾灿松１ꎬ２ꎬ３ꎬ马芳武３(１.中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司ꎬ天津３００３００ꎻ２.中国汽车技术研究中心有限公司ꎬ天津３００３００ꎻ３.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室ꎬ长春１３００００)摘㊀要:首先ꎬ利用麦克斯韦张量法推导了电磁力的解析模型ꎬ基于解析模型分析了８极４８槽㊁８极３６槽㊁６极３６槽３种槽极数配合的新能源汽车用永磁电机电磁力的空间阶次和频率特征ꎻ其次ꎬ利用有限元法对定子铁心的模态进行了分析ꎻ同时ꎬ在半消声室内分别对上述３种槽极数配合的永磁电机在额定外特性匀加速工况下进行了噪声测试ꎬ并利用快速傅里叶变换得出了３种电机噪声的频谱图ꎻ最后ꎬ综合电磁力空间阶次㊁频率特征以及定子铁心的模态对测试结果进行了分析ꎮ分析结果揭示了３种槽极数配合对永磁电机噪声水平的影响以及不同槽极数配合电机电磁噪声的抑制方法ꎮ关键词:永磁电机ꎻ噪声ꎻ槽极数配合ꎻ电磁力ꎻ模态中图分类号:ＴＭ３５１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００１￣６８４８(２０１９)０３￣０００１￣０４ＮｏｉｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＭｏｔｏｒｓＷｉｔｈＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳｌｏｔ￣ｐｏｌｅＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓＧＡＯＨｕｉ１ꎬ２ꎬＹＩＮＨｏｎｇｂｉｎ３ꎬＷＡＮＧＹｏｎｇｃｈａｏ１ꎬ２ꎬＧＵＣａｎｓｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＭＡＦａｎｇｗｕ３(１.ＣＡＴＡＲＣ(Ｔｉａｎｊｉｎ)ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ ꎬＬｔｄ ꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｈｉｎａＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒＣｏ ꎬＬｔｄ ꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３００ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｉｒｓｔｌｙꎬａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｏｒｃｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ.Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｏｒｄｅｒａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｔ￣ｐｏｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｎꎬｔｈｅｍｏｄｅｓｏｆｓｔａｔｏｒｃｏｒｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｔｈｅｎｏｉｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｒｅｅｍｏｔｏｒｓｏｎｕｎｉｆｏｒｍａｃ￣ｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｒａｔｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄꎬａｎｄｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｓｐａｔｉａｌｏｒｄｅｒꎬｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｓｔａｔｏｒｃｏｒｅ.Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｌｏｔ￣ｐｏｌｅｃｏｍｂｉｎａ￣ｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｎｏｉｓｅｌｅｖｅｌ.Ｔｈｅｎｏｉｓｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒꎻｎｏｉｓｅꎻｓｌｏｔ￣ｐｏｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎꎻｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅꎻｍｏｄｅ收稿日期:２０１８０８１５ꎬ修回日期:２０１８０９２０基金项目:国家自然科学基金(５１７０５１８５)作者简介:高㊀辉(１９８３)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为动力传动系统振动噪声控制与测评技术ꎮ尹红彬(１９８６)ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为电驱动系统振动噪声机理与抑制方法ꎮ王永超(１９９０)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为新能源汽车驱动电机总成振动噪声研究ꎮ０㊀引㊀言在国家新能源汽车政策的大力扶持下ꎬ近年来新能源汽车得到了极大的普及与发展ꎮ永磁同步电机由于结构紧凑㊁功率密度大调速性能好等优点ꎬ在新能源汽车上得到了广泛的应用ꎮ与此同时ꎬ新能源汽车的驾乘感受和永磁同步电机的振动噪声性能受到越来越多的关注[１]ꎮ永磁电机的主要电磁噪声源来自于作用在气隙中的径向电磁力波ꎮ合理的槽极数配合可以减少磁动势谐波和气隙磁密谐波ꎬ是抑制电磁噪声的重要手段[２]ꎮ文献[３]通过麦克斯韦应力张量法推导了理想条件下作用于定子内表面的径向力的频率阶次ꎬ基于有限元法对电机的约束模态进行了分析ꎬ进而５２卷对永磁电机的噪声源进行了预测ꎮ文献[４]分析了不同槽极数配合和绕组层数电机最低径向力波的阶数和来源ꎬ并针对槽数相同极数不同电机的最低阶径向力波的幅值进行了比较ꎬ通过结构有限元分析了不同极槽配合下外转子壳体的振动ꎬ最后总结了不同极槽配合电机最低阶径向力波的阶数ꎬ得出力波阶数小的极槽配合会引起大的振动ꎬ而且对于相同槽数的电机ꎬ极对数大的电机的振动也更大ꎮ文献[５]建立分数槽永磁无刷电机径向振动力的分析模型ꎬ研究了定子开槽㊁磁通密度切向分量㊁径向力的计算半径㊁负载条件对径向电磁力的影响ꎮ文献[６]分析了槽极数配合对外转子轴向磁通电机振动和噪声的影响ꎮ文献[７]推导出不同极槽配合所含径向力波次数及力波频率的表达式ꎬ进而提出能够产生单边磁拉力的条件ꎮ其次ꎬ用３台不同极槽配合的电机进行试验ꎬ得出在不同频率下的电机噪声声压级频谱图ꎬ进而验证了前述结论的正确性ꎮ文献[８]利用相量图说明了空载特性与输出转矩的关系ꎬ分析了极槽配合对空载特性的影响规律ꎮ以分数槽的极槽配合建立了分别采用集中绕组与分布绕组的四种二维模型ꎮ利用有限元计算方法ꎬ得到空载气隙磁密与反电势波形㊁额定条件下的输出转矩情况ꎮ结果证明极槽比为５/６的整数倍时ꎬ电机的空载特性与转矩性能得到了改善ꎬ性价比得到了提高ꎮ文献[９]利用Ａｎｓｏｆｔ软件计算电机的主极磁场ꎬ再通过谐波分析得出各次谐波的幅值ꎬ最后利用分析结果计算电机的电磁噪声ꎮ计算结果与实验值吻合较好ꎬ并总结出不同极槽配合对电机电磁噪声的影响ꎮ本文以三种新能源汽车常用的槽极数配合的永磁电机为研究对象ꎬ从电磁力阶次频率特征分析㊁定子铁心模态分析㊁噪声测试三个方面分析了槽极数配合对永磁电机振动噪声的影响ꎮ１　电磁力的空间阶次和频率特征分析如果不考虑开槽影响ꎬ永磁电机空载径向磁通密度为Ｂｒ＿ｐｍ＝ðɕｎ＝１ꎬ３ꎬ５ꎬ Ｂｒｎｃｏｓ[ｎｐ(θ－ωｒｔ)](１)式中ꎬＢｒｎ为永磁磁场磁通密度径向分量幅值ꎬｐ为极对数ꎬθ为圆周方向角度ꎬωｒ为角速度ꎬｔ为时间ꎮ不考虑电流谐波影响ꎬ电枢反应磁场径向磁通密度为Ｂｒ＿ａｒｍ＝ðɕｍðɕｊＢｒｍｃｏｓ[ｍｐθ－ｓｖｐωｒｔ](２)式中ꎬＢｒｍ为电枢反应磁场磁通密度径向分量幅值ꎬｓｖ为电枢反应磁场旋转方向ꎮ通过引入复杂的相对磁导ꎬ可以得到考虑开槽对磁通密度的影响ꎬ忽略切向分量的影响ꎬ相对磁导为λａ＝λ０＋ðɕｉ＝１λａｉｃｏｓ(ｉＮｓθ)(３)式中ꎬλ０㊁λａｉ为相对磁导谐波分量幅值ꎬＮｓ为槽数ꎮ考虑开槽后的磁通密度径向分量为Ｂｒ＝(Ｂｒ＿ｐｍ＋Ｂｒ＿ａｒｍ)λａ(４)通过式(１)~式(４)对８极４８槽ꎬ８极３６槽ꎬ６极３６槽３种槽极配合永磁驱动电机磁通密度径向分量的谐波特征进行分析ꎬ分析结果如表１~表３所示ꎮ忽略气隙磁场切向分量的影响ꎬ根据麦克斯韦应力张量法可得出径向电磁力表达式为ｐｒʈＢ２ｒ２μ０＝１２μ０(Ｂｒ＿ｐｍ＋Ｂｒ＿ａｒｍ)２λ２ａ＝１４μ０ðｎ１ðｎ２ðｉＢｒ＿ｐｍ１Ｂｒ＿ｐｍ２ｃｏｓ{[(ｎ１ʃｎ２)ｐʃｉＮｓ]θ－(ｎ１ʃｎ２)ｐωｒｔ}＋{ðｎðｍðｉＢｒ＿ｐｍＢｒ＿ａｒｍｃｏｓ{[(ｎʃｍ)ｐʃｉＮｓ]θ－((ｎʃｓｖ)ｐωｒｔ}＋ðｍ１ðｍ２ðｉＢｒ＿ａｒｍ１Ｂｒ＿ａｒｍ２ｃｏｓ{[(ｍ１ʃｍ２)ｐʃｉＮｓ]θ－((ｓｖ１ʃｓｖ２)ｐωｒｔ}}(５)式中ꎬμ０为空气相对磁导率ꎮ根据式(５)可以分析出永磁电机电磁力空间阶次特征和频率特征如表１~表３所示ꎮ表１㊀８极４８槽永磁电机空间阶次㊁频率特征空间阶次特征不考虑定子开槽考虑定子开槽频率特征空载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ带载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ表２㊀８极３６槽永磁电机空间阶次㊁频率特征空间阶次特征不考虑定子开槽考虑定子开槽频率特征空载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ４ꎬ８ꎬ１２ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ带载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ４ꎬ８ꎬ１２ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ ２㊀３期高㊀辉等:不同槽极数配合的永磁电机噪声特性分析表３㊀６极３６槽永磁电机空间阶次、频率特征空间阶次特征不考虑定子开槽考虑定子开槽频率特征空载０ꎬ６ꎬ１２ꎬ ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ１８ꎬ２４ꎬ３０ꎬ３６ꎬ 带载０ꎬ６ꎬ１２ꎬ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ１８ꎬ２４ꎬ３０ꎬ３６ꎬ㊀㊀对比表１㊁表２㊁表３可知:除０阶外ꎬ８极４８槽的永磁电机电磁力的空间阶次最小阶次为８阶ꎻ由于定子开槽的影响ꎬ８极３６槽永磁电机电磁力空间阶次最小阶次为４阶ꎻ６极３６槽的永磁电机电磁力的空间阶次的最小阶次为６阶ꎮ因为定子振动加速度和电磁力空间阶次的四次方成反比ꎬ所以６极３６槽电机比较容易发生较大的振动ꎬ而８极４８槽电机则不易发生较大振动ꎬ６极３６槽电机在设计过程中需要提高定子固有频率避免与空间阶次为６阶电磁力的电磁力的共振ꎮ２㊀定子系统固有模态分析在不考虑定子壳㊁绕组㊁端盖等因素的情况下ꎬ对定子铁心的模态进行了分析ꎮ定子铁心(０ꎬ４)㊁(１ꎬ４)㊁(０ꎬ６)㊁(１ꎬ６)四个模态的分布如图１所示ꎮ图１㊀定子模态分析从图中可知ꎬ同一径向模态可以跨越较宽的频率分布带ꎮ比如径向４阶模态ꎬ当轴向模态为０阶时ꎬ频率为２０８３Ｈｚꎬ当轴向模态为１时ꎬ频率为２７７３Ｈｚꎮ由于该分析没有考虑定子壳㊁绕组㊁端盖的影响ꎬ相同的模态ꎬ整个电机的模态频率要比图１的分析结果高ꎮ３㊀噪声测试与分析在半消声室内分别对８极４８槽㊁８极３６槽㊁６极３６槽３台样机进行了噪声测试ꎬ试验台架结构及测点布置如图２所示ꎮ由于主要考察分析电机径向电磁力波引起的频率阶次ꎬ因此将噪声测点布置在距离电机壳体表面正上方ꎮ文献[１０]中指出半消声室内截止频率以上频带的吸声系数在９５％以上ꎬ而靠近电机的声波容易产生反射而形成混响声ꎬ因此本次噪声测试测点距离壳体表面为０ ５ｍꎬ测试电机的中场噪声ꎮ测试工况为额定外特性状态电机转速由５００ｒ/ｍｉｎ匀加速至最高试验转速ꎮ通过西门子ＬＭＳ数采前端采集加速工况过程中的噪声时域信号ꎬ并对其进行快速傅里叶变换ꎬ结果如图３~图５所示ꎮ图２㊀试验台架结构及测点布置图３㊀８极４８槽永磁电机噪声频谱图图３为８极４８槽永磁电机的噪声频谱图ꎮ从图中可以看出整个转速㊁频率分布范围内未发现有明显的噪声能量突出点ꎮ从前面径向电磁力空间阶次特征分析可知ꎬ８极４８槽永磁电机径向电磁力空间阶次最小为８阶ꎮ因为电机径向位移与电磁力空间阶次的四次方成反比ꎬ８极４８槽永磁电机振动位移会很小ꎮ同时ꎬ由模态分析可知定子系统的８阶模态的固有频率很高ꎬ因此不易发生共振ꎮ理论分析与测试结果吻合良好ꎮ３５２卷图４㊀８极３６槽永磁电机噪声频谱图８极３６槽永磁电机的噪声频谱如图４所示ꎮ从图中可以看出整个在２４倍频３５００Ｈｚ㊁３２倍频３５００Ｈｚ㊁３２倍频５０００Ｈｚ３个点附近噪声水平较为突出ꎮ这是因为８极３６槽电机存在空间阶次为４阶的电磁力波ꎬ因此振动位移较大ꎬ相应噪声也会比较突出ꎮ以３２倍频噪声为例ꎬ在不考虑定子开槽情况下ꎬ径向气隙磁场基波(ｎ＝１)与７次谐波会产生频率为３２倍频ꎬ空间阶次为３２阶的电磁力波ꎻ如果考虑定子开槽ꎬ径向气隙磁场基波(ｎ＝１)与７次谐波会产生频率为３２倍频ꎬ空间阶次为４阶的电磁力波ꎬ进而产生较为突出的噪声ꎮ因此ꎬ对定子槽参数的优化是解决８极３６槽永磁电机噪声问题的重要手段ꎮ图５㊀６极３６槽永磁电机噪声频谱图图５为６极３６槽永磁电机噪声频谱图ꎮ从图中可以看出在３６倍频４２００Ｈｚ附近有较为明显的噪声出现ꎮ因为６极３６槽电机径向电磁力空间阶次最低为６阶ꎬ介于８阶(８极４８槽)和４阶(８极３６槽)之间ꎬ因此噪声水平也位于两者之间ꎮ对比图３㊁图４和图５可知ꎬ当电磁力空间阶次为４阶时(８极３６槽)ꎬ在３３００Ｈｚ附近开始出现明显噪声ꎻ当电磁力空间阶次为６阶时(６极３６槽)ꎬ在４３００Ｈｚ附近出现较为明显噪声ꎻ当电磁力空间阶次为８阶时(８极４８槽)ꎬ在５５００Ｈｚ附近出现略微明显噪声ꎮ因此ꎬ随着电磁力空间阶次的升高ꎬ噪声出现的频率逐渐升高ꎬ而噪声能量会减低ꎮ４㊀结㊀论(１)对于８极４８槽㊁６极３６槽的整数槽电机ꎬ电磁力空间阶次最小为极数ꎬ分别为８阶和６阶ꎻ对８极３６槽的分数槽电机ꎬ出现了比极数更低的阶次４阶ꎮ(２)由于电机径向位移与电磁力空间阶次的四次方成反比ꎬ８极４８槽和６极３６槽电机的槽极数配合产生的径向力的最小阶次为８阶和６阶ꎬ不会产生明显的噪声问题ꎮ对于这两种电机需要综合考虑定子㊁转子结构优化来降低电机噪声问题ꎮ与８极４８槽㊁６极３６槽电机相比ꎬ８阶３６槽电机由于存在最小的４阶电磁力ꎬ噪声较高ꎮ优化定子槽参数是减小３２倍频噪声的重要手段ꎮ(３)在８极４８槽㊁８极３６槽㊁６极３６槽３款电机中ꎬ随着最小电磁力空间阶次的升高ꎬ突出噪声出现的频率逐渐升高ꎬ而噪声能量会减低ꎮ槽极数配合的合理选择可以显著减低低频的阶次噪声ꎮ参考文献[１]㊀ＭａＦꎬＹｉｎＨꎬＷｅｉＬꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＩＰＭＭｏｔｏｒＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＦｌｕｘＷｅａｋｅｎｉｎｇＣａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙꎬ２０１８ꎬ１０(５):１５３３.[２]㊀王巍.多级少槽盘式永磁同步电动机电磁噪声的计算与抑制[Ｄ].沈阳:沈阳工业大学ꎬ２０１０.[３]㊀林福ꎬ左曙光ꎬ吴旭东ꎬ等.基于阶次分析的永磁同步电机噪声源识别[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１６ꎬ３２(１７):６９－７６.[４]㊀左曙光ꎬ林福ꎬ孙庆ꎬ等.极槽配合和绕组层数对永磁同步电机振动的影响分析[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０１４ꎬ３３(１３):１３０－１３４.[５]㊀ＺｈｕＺＱꎬＸｉａＺＰꎬＷｕＬＪꎬｅｔａｌ.ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＦｉｎｉｔｅ￣ＥｌｅｍｅｎｔＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆＲａｄｉａｌＶｉｂｒａｔｉｏｎＦｏｒｃｅｉｎＦｒａｃｔｉｏｎａｌ￣ＳｌｏｔＰｅｒｍａｎｅｎｔ￣ＭａｇｎｅｔＢｒｕｓｈｌｅｓｓＭａｃｈｉｎｅｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１０ꎬ４６(５):１９０８－１９１８.[６]㊀ＤｅｎｇＷꎬＺｕｏＳꎬＬｉｎＦꎬｅｔａｌ.ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰｏｌｅａｎｄＳｌｏｔＣｏｍｂｉｎａ￣ｔｉｏｎｓｏｎＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＮｏｉｓｅｉｎＥｘｔｅｒｎａｌＲｏｔｏｒＡｘｉａｌＦｌｕｘＩｎ￣ｗｈｅｅｌＭｏｔｏｒｓ[Ｊ].ＩｅｔＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１７ꎬ１１(４):５８６－５９４.[７]㊀石峰ꎬ陈丽香ꎬ于慎波ꎬ等.不同极槽配合对永磁同步电动机电磁噪声的影响[Ｊ].电气技术ꎬ２０１３ꎬ１４(１):１－１.[８]㊀徐重鹤ꎬ张炳义.不同极槽配合内置永磁电机转矩性能研究[Ｊ].微电机ꎬ２０１７ꎬ５０(４):１－５.[９]㊀宋志环ꎬ韩雪岩ꎬ陈丽香ꎬ等.不同极槽配合永磁同步电动机振动噪声分析[Ｊ].微电机ꎬ２００７ꎬ４０(１２):１１－１４.[１０]陈克安ꎬ曾向阳ꎬ杨有粮ꎬ等.声学测量[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１０.４。

10.16638/ki.1671-7988.2019.06.048不同极槽配合对车用驱动电机的性能分析张兆峰1，赵振奎2，江郑龙2, 吕扬琳3（1.上汽大通汽车有限公司，上海200438；2.上海众联能创新能源科技股份有限公司，上海200438；3.上海赛湾化工有限公司，上海201615）摘要：为解决驱动电机功率问题，在同电压、同材料、同定子外径下，分析了不同极槽配合的设计方案。

针对不同的极槽配合车用驱动电机，利用有限元仿真软件进行电磁性能分析。

通过空载和负载仿真计算对齿槽转矩、反电动势谐波、转矩、损耗、效率等性能进行数据对比，分析不同极槽配合的优劣，为车用驱动电机开发设计者提供参考依据。

关键词：极槽配合；车用驱动电机；电磁性能分析中图分类号：TM351 文献标志码：A 文章编号：1671-7988(2019)06-139-04Performance Analysis of Motor Driven Motor with Different Pole-Slot Combination Zhang Zhaofeng1, Zhao Zhenkui2, Jiang Zhenglong2, Lv Yanglin3( 1.SAIC MAXUS Automotive Co., Ltd., Shanghai 200438; 2.Sina-Newchance New Energy Technology Corp., LTD., Shanghai 200438; 3.Shanghai Sunway Chemical Co., Ltd., Shanghai 201615 )Abstract: In order to solve the problem of driving motor power, different pole-slot combination design schemes are proposed under the same voltage, same material and same stator outer diameter. According to different pole-slot combination motor for vehicle, the electromagnetic performance analysis is carried out by using finite element simulation software. The cogging torque, back EMF harmonic, torque, loss, efficiency and other performance data are compared through no-load and load simulation calculation. The advantages and disadvantages of different pole slot matching are analyzed, and the reference basis to the development of the automobile drive motor is provided for designers.Keywords: pole-slot combination; vehicle driven motor; electromagnetic performance analysisCLC NO.: TM351 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)06-139-04引言永磁电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、效率高等优点，被越来越广泛应用于航空航天、机器人、电动汽车等领域[1-3]。

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]。