软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩优化设计研究

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ＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏｒｅｓｆｏｒＭｉｎｉｍｕｍＣｏｇｇｉｎｇＴｏｒｑｕｅ
ＷＡＮＧＳｈａｏｐｅｎｇ，ＷＡＮＧＳｈａｏｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＬｏｎｇ，ＬＥＩＧａｎｇ２ＬＩＵＣｈｅｎｇｃｈｅｎｇ，
第５０卷第ｌ２期
２０１７拄
截＇ｌ｝
ＭｌＣＲＯＭＯＴＯＲＳ
Ｖｏｌ＿５Ｏ．Ｎｏ．１２
ｌ２月
Ｄｅｃ．２０１７
软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩优化设计研究
王韶鹏，王绍衡，陈龙，雷刚，刘成成，汪友华，朱建国１，２
ｐｅｒ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｇｎｅｔｓｈｉｆｔｓｍｅｔｈｏｄａｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｏｆ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｏｎｅｏｆｍａｉｎｐａｒａｓｉｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ（ＰＭＳＭ），
ｔｏｒｑｕｅ，ｔｈｅｓｔａｔｏｒｓｋｅｗｉｎｇ，ｓｔａｔｏｒｔｅｅｔｈｎｏｔｃｈｉｎｇ，ｒｏｔｏｒｓｈｉｔｆｉｎｇ，ａｎｄｐｏｌｅｐａｉｉｒｎｇａｒｅｍｏｓｔｌｙｕｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｐａ－
ｏｕｔｅｒ－ｒｏｔｏｒＴＦＭｗｉｔｈｓｏｆｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＳＭＣ）ｃｏｒｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｍａｇｎｅｔｓｈｉｔｆｓ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｖｌａｕａｔｉｏｎａｌｇｏｉｒｔｈｍ（ＤＥＡ）ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｏｆｏｕｔｅｒ — ｒｏｔｏｒＴＦＭｆｕｒｔｈｅｒ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）ｗａｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｎｄｅ－
ｃｏｇｇｉｎｇｔｏｒｑｕｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｔｏｒｑｕｅｉｐｒｐｌｅ．Ａｍｏｎｇｔｈｅｓｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｃｏｇｇｉｎｇ
（１．省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室，天津３００１３０；２．悉尼科技大学，悉尼２００７）
摘要：齿槽转矩是永磁电机的一个固有属性，它是引起永磁电机产生转矩脉动的主要原因之一。在降低永磁电机
的齿槽转矩方面，最常见的办法有斜定子槽，凹定子齿，偏移转子磁极和匹配定转子极对数等。本文的主要工作是使用优化转子磁极尺寸，优化磁极偏移角度，和结合这两种方法使用微分进化的算法来减小软磁复合材料横向磁通
中图分类号：ＴＭ３５１文献标志码：Ａ文章编号：１００１ — ６８４８【２０１７）１２－００３ｌ－０６
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＦｌｕｘＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＭａｃｈｉｎｅＷｉｔｈＳｏｆｔ
ｆｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ，ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＳｙｓｔｅｍ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｙｄｎｅｙ２００７，Ａｕｓｔｒａｌｉａ，ＺＨＵＪｉａｎｇｕｏ ’
（１．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｆＥｏｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
永磁电机的齿槽转矩。本文使用三维有限元方法来计算电机的齿槽转矩和其他相关电磁参数，且通过实验可以验证
计算方法的准确性。通过对上述几种优化结果的比较，表明了，使用转子磁极偏移一定的角度是最为有效的减小横向磁通永磁的电机的齿槽转矩的方法，和结合优化磁极尺寸的方法能够进一步优化电机的转矩性能。关键词：齿槽转矩；横向磁场永磁电机；软磁复合材料；优化设计

永磁同步电动机的噪声和齿槽转矩优化设计

永磁同步电动机的噪声和齿槽转矩优化设计金永星;王爱元;孙健;王涛【摘要】以永磁同步电动机为研究对象,在额定功率的情况下,利用田口法对电动机相关参数,如气隙长度、槽口宽度、极弧系数、偏心距进行优化设计,以达到降低永磁同步电动机噪声和齿槽转矩的优化目标.根据优化参数的个数和各个参数的水平数建立田口正交表,利用有限元进行仿真分析,得出优化的最佳方案.研究表明:优化后电动机的齿槽转矩降低了50％,噪声降低了10％,验证了该方法在永磁同步电动机设计中的有效性和合理性.【期刊名称】《上海电机学院学报》【年(卷),期】2019(022)002【总页数】5页(P68-72)【关键词】永磁同步电动机;噪声;齿槽转矩;田口法【作者】金永星;王爱元;孙健;王涛【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;上海电机学院电气学院,上海 201306;上海电机学院电气学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TM343.2永磁同步电动机是一种节能高效的电动机，具有较高的功率密度、效率及运行稳定可靠等优点[1]。

永磁体磁场与有槽电枢铁心在气隙中相互作用产生齿槽转矩，同时产生振动和噪声。

然而电动机的噪声水平已被列为衡量质量的一项重要指标，是影响其在市场上竞争的一个重要因素[2]。

在高性能的永磁同步电动机设计过程中，应尽量削弱齿槽转矩，降低电动机的振动与噪声。

文献[3]通过对永磁同步电动机齿槽转矩的解析计算，证明了齿槽转矩的大小受槽口宽度、气隙宽度因素的影响。

文献[4]提出了一种新颖的偏心磁极优化设计方法，依据气隙磁通密度与偏心距的数学关系表达式，设计出最优偏心距。

该方法计算繁琐并且耗时。

文献[5]提出一种在永磁同步电动机轴向组合不同永磁体的新型转子结构用于减小电动机的齿槽转矩，但该方法工序繁杂，不利于工业生产。

文献[6]分析了极弧系数对电动机噪声的影响。

文献[7-8]研究永磁电动机定子槽口宽度对电磁噪声的影响，提出减小槽口宽度可以削弱电磁力，并进而削弱电动机的电磁噪声。

基于JMAG的永磁电机齿槽转矩研究及削弱措施

齿槽转矩的方法[J].电气技术,2009(8):51-53. [6] 陈霞,邹继斌,胡建辉.采用齿冠开槽法有效抑制永磁电
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

多维齿槽转矩优化方法在永磁电机中的应用研究

多维齿槽转矩优化方法在永磁电机中的应用研究董淑惠;王慧;王艾萌【摘要】Cogging torque of permanent magnet machine is reduced by applying the methods of changing the shape of stator tooth,adjusting the pole-arc coefficient and magnet shifting.And these three methods can be combined to further improve the cogging torque.Finite element model of permanent magnet machine is established to make theoretical analysis and finite element verification of the proposed inhibition method of cogging torque.The method of using magnet shifting to reduce cogging torque is verified by experiment.The results indicates that cogging torque are efficiently decreased by changing the shape of stator tooth,optimizing pole-arc coefficient and magnet shifting;what's more,cogging torque of permanent magnet machine can be dramatically reduced by combing these three methods.Finite element simulation result of magnet shifting is consistent with the experiment result,which verified the validity of this method to reduce the cogging torque.%分别采用改变定子齿的形状、调整极弧系数以及磁极偏移的方法来削弱永磁电机的齿槽转矩,并将这3种方法相结合使齿槽转矩进一步优化.通过建立永磁电机的有限元模型,对提出的齿槽转矩抑制方法进行理论分析与有限元验证,并对采用磁极偏移法减小齿槽转矩进行了实验验证.结果表明:改变定子齿的形状、最优极弧系数法和磁极偏移法均有效减小齿槽转矩;而采用三者相结合的方法后,永磁电机的齿槽转矩更是得到极大减小;磁极偏移法的有限元仿真结果和实验果基本吻合,验证了该方法对减小齿槽转矩的有效性.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(044)002【总页数】8页(P60-67)【关键词】永磁电机;齿槽转矩;齿的形状;极弧系数;磁极偏移;有限元【作者】董淑惠;王慧;王艾萌【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM315随着高性能永磁材料的发展、电力电子器件和控制技术的不断进步，永磁电机引起了人们的广泛关注。

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

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横向磁场永磁电机的发展和研究现状

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新型横向磁通永磁电机磁场研究

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软磁复合材料横向磁通永磁电机的齿槽转矩优化设计研究

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永磁同步电动机的噪声和齿槽转矩优化设计

基于JMAG的永磁电机齿槽转矩研究及削弱措施

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