极弧系数对永磁无刷直流电机齿槽转矩影响研究

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1、(电气开关)(2010．No．3)文章编号：1004—289X(2010)03—0026—03极弧系数对永磁无刷直流电机齿槽转矩影响的研究夏加宽，刘广岩，黄伟(沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110178)摘要：基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法，给出了能明确表达齿槽转矩与设计参数关系的齿槽转矩解析表达式，据此研究了极弧系数对齿槽转矩的影响，得到了极弧系数对齿槽转矩影响的规律，最后利用有限元法对此规律的正确性进行了验证。关键词：永磁无刷直流电机；齿槽转矩；极弧系数；有限元中图分类号：TM351文献标识码：BResearchontheEf

2、ectofPole·arcCoeficientontheCoggingTorqueinPermanentMagnetBrushlessDCMotorsXIA口一kuan，LIUGuang-yan，HUANGWei(SchoolofElectricalEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110178)Abstract：Inthispaper，toreducecoggingtorque，anmethodwhichwasbasedonenergymethodandFourierex

3、pansionisproposedtoobtaintheexpressionofcoggingtorque，whichcanexpressitsrelationwithdesignparameters．Beingbasedonthisexpression，therulesoftheefectoncoggingtorqueisproposed．Thevalidityoftheproposedrulesisverifiedbyfiniteelementanalysis．Keywords：permanentmagnetbrushlessDCmot

4、or(PMBLDC)；cogingtorque；pole—arc；finiteelement下绕组分布不对称，从而使电机的有效转矩分量部分1引言被抵消，电机的平均转矩也因此而相应减小J。随着微电子技术的发展和永磁材料磁性能的不断本文基于永磁无刷直流电机齿槽转矩解析分析方提高，永磁无刷直流电机近年来受到普遍重视，并且取法，得到了可定性分析齿槽转矩的齿槽转矩解析表达得了很大的发展。永磁无刷直流电机具有调速方便、式，据此研究了极弧系数对永磁无刷直流电机齿槽转结构简单、维护简便、电磁污染小、功率密度大等优点，矩影响的规律。研究表明，通过合理选择极弧

5、系数可在伺服系统及小功率拖动系统中得到了广泛的应用。以削弱齿槽转矩，并利用有限元法对此规律进行了验然而，永磁无刷直流电机具有较大的转矩波动，这限制证，证明此规律是正确的。了其在精密传动和大功率驱动等系统中的应用，转矩2永磁无刷直流电机齿槽转矩解析分析波动导致电机振动加剧，噪声增加，也影响了电机寿命，齿槽转矩是转矩波动的重要原因之一⋯。永磁无刷直流电机的定转子模型如图1所示。有关永磁无刷直流电机齿槽转矩计算方法和削弱方法的研究，提出了系统的解析分析方法，3J，研究电枢齿的形状、斜槽、极数和槽数配合对齿槽转矩的影响；提出了用磁极不对称、开辅助槽

6、、不同槽口宽度配合、采用等半径磁极等方法减小齿槽转矩，讨论了偏心对齿槽转矩的影响。斜槽或斜极引起的绕组反电动势的正弦化将会增大电磁转矩纹波，采用分数槽后，各极图l永磁无刷直流电机定转子模型<电气开关>(2010．No．3)27齿槽转矩可定义为电机内部的磁共能相对于2~Z"fO／psin)sjnin()位置转角的导数，即。=Ow、2p，，其中为定子齿(6)中心线与转子磁极中心线之间的夹角。电机内的存储式(6)表明，齿槽转矩主要受槽数、极弧系数、极能量可近似表示为：对数、齿槽宽度比、永磁体充磁方向厚度、有效气隙宽1，．度等因素影响，这为抑制齿槽

7、转矩提供了理论依据。+玄Jvd()当定转子相对位置发生变化时，由于永磁体放置3极弧系数对齿槽转矩影响规律的分析在转子铁心内部，永磁体内的能量可以认为不变化，因由齿槽转矩式(6)可以看出欲使W在Ol。角内不改而不产生齿槽转矩，只考虑能产生齿槽转矩的气隙内变，则应使D／2p为整数。本文研究的永磁无刷直流电磁场能量。对于任意相对位置，假设永磁体磁导率机为36槽4极，则极弧系数应为仅。=k／9，=1，2，3⋯与空气相同，则气隙磁密沿电枢表面的分布表示为：实际上永磁体边缘的漏磁会降低它的有效宽度，因此h(，)=r(’面(2)Ot。应略大于k／9。电机

8、为逆时针旋转，随时间的变化而变小。为偶数时，如果Ol。略大于k／9，其中，()、g(0，)分别为永磁体剩磁、有效气sin(nZ'fO~／2p)为正值，则在起始时刻应随着减隙长度沿