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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。
一种优化高速永磁同步电机齿槽转矩的方法随着经济的快速增长，结合建设经济节约型社会的要求，对电机及其驱动系统提出的要求越来越高。
高速永磁同步电机具有体积小、转速快和功率密度大等优点，所以，被广泛应用。
但是，在永磁同步电机中，由于永磁体与电枢铁心之间相互作用，不可避免地产生了齿槽转矩，导致电机转矩波动大，控制精度降低。
因此，齿槽转矩作为高性能永磁电机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题，它的有效优化有助于提高永磁电机的控制精度。
永磁同步发电机的齿槽转矩与很多因素有关，例如永磁磁极参数、电枢参数、电枢槽数和极数。
通过改变磁极的极弧系数，采用不等厚的永磁体，磁极偏移、斜极，磁极分段，改变槽口宽度，改变齿的形状、斜槽、开辅助槽，选择合理的槽数等都可以改变电机的齿槽转矩。
文献[1]分析了谐波对齿槽转矩的影响，采用定子叠片叠加的方式改变了气隙磁密，从而减小齿槽转矩；文献[2]从齿槽转矩的表达式出发，分析了隔磁桥形状对齿槽转矩的影响，明确适当改变隔磁桥可以显著减小齿槽转矩；文献[3]将解析法与有限元法相结合，计算出了槽口宽度对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。
这些文献大部分都是从定子或者永磁体着手来减小齿槽转矩的，改变转子结构的文献不多。
本文以齿槽转矩产生的原理为基础，分析了气隙磁密对齿槽转矩的影响，通过解析计算，设想在转子处开槽，以达到减小电机齿槽转矩的目的。
通过有限元分析软件，对槽口大小和深度进行仿真分析，验证结果证实了此方法是可行的。
1 齿槽转矩的解析表达式齿槽转矩是永磁电机绕组不通电的情况下永磁体与铁心之间相互作用而产生的转矩，是由永磁体与电枢齿之间的相互作用力的切向分量引起的。
数学表达式为：对于齿槽转矩，也可以说是在电机不通电的情况下，磁场能量W对定转子相对位置角的负导数。
在电机中，因为定子和转子的磁导率都很大，所以，电机中的大部分能量几乎都存储在气隙中，即：从式（2）中可以看出，电机储能与气隙磁密相关。
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。
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]。
采用分数槽绕组降低永磁同步电机齿槽转矩的研究全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着永磁同步电机在工业生产中的广泛应用，对其性能的要求也越来越高。
其中一项重要的性能指标就是转矩的平稳性。
在永磁同步电机中，齿槽对转子的永磁材料的分布造成了一定的影响，容易引起转子的转矩波动，影响机器的运行效率和稳定性。
研究如何降低永磁同步电机的齿槽转矩成为了当前的研究热点之一。
一种常见的方法是采用分数槽绕组。
分数槽绕组是指在电机的定子绕组中采用非整数槽数的设计。
相对于传统的整数槽绕组，分数槽绕组能够减少齿槽对永磁体的搅动力，降低齿槽转矩，提高永磁同步电机的运行平稳性。
本文将围绕着采用分数槽绕组降低永磁同步电机齿槽转矩的研究展开探讨。
我们将介绍永磁同步电机齿槽转矩的形成原因。
在永磁同步电机中，齿槽的存在会导致定子绕组中的磁场分布不均匀，使得永磁体受到不同方向的磁场作用力而产生转矩波动。
尤其是在高速运行时，齿槽转矩的影响更加显著，容易导致电机的振动和噪音增大。
接着，我们将介绍采用分数槽绕组设计永磁同步电机的方法。
首先是确定分数槽数的大小和设计方案，根据电机的具体要求和运行条件来选择合适的分数槽数设计方案。
然后是进行电磁场分析和磁场优化设计，确保绕组设计能够有效地降低齿槽转矩。
最后是进行电机的制造和试验验证，验证分数槽绕组设计的有效性和性能表现。
我们将总结本文的研究成果，并展望未来的研究方向。
通过采用分数槽绕组设计降低永磁同步电机齿槽转矩的研究，可以有效提高电机的性能和稳定性，促进永磁同步电机的应用和发展。
未来的研究方向可以包括优化分数槽绕组设计，进一步降低齿槽转矩；研究分数槽绕组在其他类型电机中的应用，扩大其在电机领域的适用范围。
采用分数槽绕组能够有效降低永磁同步电机齿槽转矩，提高电机的性能和稳定性。
通过本文的研究，可以为永磁同步电机的设计和制造提供重要的参考和指导，推动永磁同步电机技术的进步和发展。
希望本文的研究成果能够为相关领域的研究人员和工程师提供有益的启示和帮助。
定子槽口系数对永磁无刷直流电动机转矩波动的影响张晓宇【摘要】转矩波动是永磁无刷直流电动机产生振动和噪声的主要原因.引起永磁无刷直流电动机转矩波动的原因主要有齿槽效应转矩、电动势波形的缺陷及换相转矩波动等.主要分析了槽口系数对转矩波动的影响,以永磁无刷直流电动机为例,利用有限元分析了整数槽和分数槽电机定子槽口系数变化对齿槽转矩的影响及槽口系数变化对气隙磁密及谐波的影响；最后计算改变槽口系数对电机主要性能的影响.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2012(047)006【总页数】5页(P17-21)【关键词】永磁无刷直流电机;转矩波动;齿槽转矩;槽口系数;有限元【作者】张晓宇【作者单位】江门职业技术学院,广东江门529090【正文语种】中文【中图分类】TM330 引言随着高性能永磁材料的发展和电力电子技术的不断提高，永磁无刷直流电机由于输出转矩大、动态响应迅速、调速控制方便、可靠性高，因此它的应用越来越广泛。
但其固有的转矩脉动缺点，限制了它在高精度控制系统中的应用，同时，转矩波动也是无刷直流电动机产生振动和噪声的主要原因，转矩波动是无刷电动机最突出的问题。
引起无刷电动机转矩波动的原因主要有齿槽效应转矩、电动势波形的缺陷及换相转矩脉动。
其中前两种转矩波动主要是与电机的制造工艺和转子磁钢充磁不理想有关，可以通过对电机本体改造加以抑制。
除此之外，还存在其它原因，如摩擦转矩不均匀而引起转矩波动;机械装配上的不同心产生单边磁拉力所引起的转矩波动，这些在设计无刷直流电动机时，可以采用对机械加工的精度、轴承的选择等严格要求来保证。
对于电磁因素引起的转矩波动主要分以下两类:一是齿槽转矩，是由于电机定子的齿槽与转子的永磁体相互作用产生的转矩，这个转矩随空间位置作周期性变化，与定子电流无关;二是纹波转矩:由电流和反电动势波形的偏差引起的谐波转矩，永磁无刷直流电动机对外呈现的转矩波动是齿槽转矩和纹波转矩共同引起的［1-3］。
