基于定子齿齿肩削角的内置永磁电机齿槽转矩削弱方法

fds基于定子齿齿肩削角的内置永磁电机齿槽转矩削弱方法
作者：许明俊张学义王静颜世龙尹红彬周英超
中毒来源：《河北科技大学学报》2021年第06期

2010年央视中秋晚会

摘要：為削弱电动汽车用内置式永磁同步电机的齿槽转矩，提出了一种定子齿齿肩削角的方法。建立定子齿齿肩削角前后的气隙长度等效模型，推导有效气隙长度分布函数，分析定子齿齿肩削角降低气隙磁密低次谐波幅值，削弱齿槽转矩的机理;以三相8极36槽内置式永磁同步电机为例，利用有限元法对定子齿齿肩削角的不同形状和尺寸进行仿真分析，获得最优参数匹配。结果表明，定子齿齿肩椭圆形削角有效降低了气隙磁密谐波幅值，提高了电机反电势波形正弦性，削弱了齿槽转矩;优化后的电机齿槽转矩的峰值降低了

77.2%，反电动势的9，13，15，17，19和21次谐波幅值明显下降，电机的输出品质显著提高。所提方法通过改变气隙长度分布函数，减小了气隙磁密特定谐波，可有效削弱永磁电机的齿槽转矩，为同类型电机齿槽转矩的优化提供参考。

关键词：电机学;定子齿齿肩削角;齿槽转矩优化;永磁同步电机;电动汽车

中图分类号：TM351;TM359.9 文献标识码：A

doi：10.7535/hbkd.2021yx06003

Cogging torque reduction method of internal permanent magnet motor based on stator tooth shoulder chamfer

XU Mingjun1，ZHANG Xueyi1，WANG Jing2，YAN Shilong1，YIN Hongbin1，ZHOU Yingchao1

（1.School of Transportation and Vehicle Engineering，Shandong University of Technology，Zibo，Shandong 255000，China;2.Shandong Tangjunouling Automobile Manufacturing Company Limited，Zibo，Shandong 255000，China）

Abstract：In order to reduce the cogging torque of interior permanent magnet synchronous motor （IPMSM） for electric vehicles，a method of stator tooth shoulder chamfer was proposed.The equivalent model of air gap length before and after the chamfer of stator tooth shoulder was established，and the effective air gap length distribution function was deduced，so as to analyze the mechanism of stator tooth shoulder chamfer reducing the low harmonic amplitude of air gap magnetic density and weakening the cogging torque.To explore the optimal shapes and sizes of the chamfer based on a IPMSM with three phase 36-stator-slot/8-rotor-pole topology，the finite element method was purposely utilized for conducting optimization.The comparative analysis results show that the elliptic chamfer of stator tooth shoulder can effectively reduce the amplitude of air gap magnetic dense harmonic wave，improve the sinusoidal waveform of motor back electromotive force （EMF） and weaken the cogging torque.The peak value of the cogging torque of the optimized motor is reduced by 77.2%，the amplitude of the 9th，13th，15th，17th，19th and 21th harmonics of the back EMF are significantly reduced，and the output quality of the motor is significantly im

proved.The provided method reduces the specific harmonic of air gap magnetic density and weakens the cogging torque of permanent magnet motor by changing the air gap length distribution function，which provides some theory and experience for the optimization of cogging torque of the same type of motor.

Keywords：

electrical machinery;stator tooth shoulder chamfer;cogging torque optimization;permanent magnet synchronous motor;electric vehicle

内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor，IPMSM）因其转矩密度高、调速范围宽等优点被广泛应用于电动汽车、航空航天等领域[1-3]。齿槽转矩由永磁体与定子齿槽间的相互作用产生，会造成电机的转矩脉动、振动和噪声，从而影响电机控制精度和运行稳定性[4-5]。因此，采取有效措施减小电机齿槽转矩对提升电机性能具有重要意义。齿槽转矩

近年来，国内外学者就齿槽转矩进行了大量研究。文献[6]提出在定子齿齿冠开设辅助

槽的方法改变齿槽转矩谐波次数，削弱电机齿槽转矩。文献[7]采用转子偏心的方法降低气隙中高次谐波含量，减小齿槽转矩的峰值。文献[8]提出采用不同极弧系数组合分段倾斜磁极的结构削弱齿槽转矩，分析了不同极弧系数组合和磁极倾斜角度对电机齿槽转矩的影响规律。文献[9]在转子极面开设辅助槽，改变气隙磁密的不饱和区域，减小气隙磁密特定谐波幅值，达到降低齿槽转矩峰值的目的。文献[10]基于能量法对内置式永磁同步电机齿槽转矩进行了分析和推导，采用有限元法分析了永磁体轴向分段偏斜、定子槽宽度和永磁体分段对齿槽转矩的影响。

荣辱观教育由以上分析可知，目前针对削弱齿槽转矩的研究主要集中在磁极参数优化、永磁体尺寸优化以及定子齿、转子辅助槽优化上，并未对定子齿齿肩削角结构、削角后主气隙长度分布及齿槽转矩解析式开展研究。定子齿齿肩削角可直接改变主气隙长度，影响主气隙磁通分布及电机齿槽转矩，具有较高的研究价值。因此，本文详细推导了气隙长度改变对气隙磁密的影响规律，提出一种在定子齿齿肩削角的方法来改变主气隙长度分布，削弱电机齿槽转矩，并以内置式永磁同步电机为例研究削角参数对齿槽转矩的影响规律。考古学有什么用

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