基于Ansoft的轮毂式无刷直流电动机齿槽转矩分析-论文.pdf

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1、《装备制造技术}2014年第8期基于Ansoft的轮毂式无刷直流电动机齿槽转矩分析张晓字(江门职业技术学院，广东江门529090)摘要：轮毂式永磁无刷直流电动机作为电动车驱动系统的关键部分应用日益广泛，然而其固有的齿槽转矩引起电机的振动和噪声，并影响低速性能。以3'l't~-t--永磁无刷直流电机为研究对象，应用Ansoft／Maxwell2D软件进行设计分析，结果表明，选择分数槽绕组，合理选取极弧系数和极槽配合是抑制齿槽转矩比较有效、实用的方法。关键词：轮毂电机；外转子；齿槽转矩；永磁无刷直流电机；有限元中图

2、分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1672—545X(2014)08—0241—03电动车具有节能、高效等优点，近年也得到快速变化产生的，则气隙磁密沿定子表面的分布可以表发展。外转子轮毂式无刷直流电动机驱动系统是一示为：种新型的电动汽车驱动形式，由于外转子轮毂电机无传动链、效率高、控制灵活，可大大简化车辆桥架(，)=盘h=B()_((3)M结构及传动结构，在电动汽车研发中轮毂电机驱动式中，系统也是一个重要方向。B，()为永磁体剩磁；对于轮毂式永磁无刷直流电动机来说，其永磁体和开槽电枢铁心之间相互作用会产生

3、齿槽转矩，0，)为有效气隙长度；引起电机的振动和噪声，并影响速度控制系统中低()为永磁体充磁方向厚度。气隙内磁场能量速性能，因此对于外转子轮毂式永磁电动机进行齿可表示为：槽转矩具有重要意义【h。=去2㈩1齿槽转矩解析表达式式中，为定子铁心轴向长度；齿槽转矩是永磁电机特有的一种现象，即使电为转子外径；机在不通电时铁心和永磁体相互作用而产生的转R：为定子内径。矩，永磁体与定子齿问相互作用力的切向分量波动对()傅里叶展开得：是产生齿槽转矩的主要原因。齿槽转矩可以定义为电机不通电时磁共能相对于位置角的导数[4]，即()

4、：B,o+∑B。2npO(5)=(1)其中式中，⋯为电机齿槽转矩。Br0=，(6)假设电枢铁心的磁导率为无穷大，电机内的存2sin(n1T)(7)储能量可以近似表示为：1r’将式(6)、(7)代人式(5)中，得到=胛+=1Jd(2)—2()=222sin(n)c。s2npO(8)，式中，脚为电机气隙内磁场能量；朋为永磁式中，P为极对数；％为永磁体极弧系数。体内磁场能量。当转子相对位置发生变化时，永磁体内磁场能将[瓦]。傅里叶展开，其傅里叶展量可以认为不变化，则齿槽转矩是由气隙磁场能量收稿日期：2014—05—0

5、5作者简介：张晓宇(1973一)，男，河南人，硕士，高级工程师，研究方向为电机设计与电磁场分析。241《装备制造技术12014年第8期转矩峰值关系如图6所示。数s=264，所以齿谐波转矩的最低阶数为：K=粤=Z=11，而k=l～10阶齿谐波转矩全部被消除『5j。斗从电磁方面看绕组端部不切割磁场，端部绕组是无效的，减小端部绕组长度可显著提高电机性能。绕组节距选y=l，这样每个齿上只有一个线圈，采用高速自动绕线机，可大大提高生产效率，降低成本。本文电机选取绕组系数较高的22极24槽配合。褶口觅度(mm)3．3优化极

6、弧系数图6齿槽转矩随定子槽口宽度关系极弧系数是指磁极极弧宽和磁极极距之比，极从图6可以得出，对于分数槽绕组，随着槽口系弧系数也是影响永磁电机齿槽转矩的重要因素之数的减小，齿槽转矩峰值呈波动变化，所以对于分数一，改变极弧系数对于齿槽转矩的幅值和波形都有槽绕组电机，内定子槽口不是越小越好，需要优化槽重要影响。由式(10)可知B、对齿槽转矩有较大的影口宽度。综合考虑加工工艺及电磁计算，本方案选取响，但并非所有的。、傅里叶分解系数都对齿槽转矩槽口宽为2．2mm。产生影响，只有次傅里叶分解系数才对齿槽转矩印4结束语产生作

7、用，由式(5)和式(7)可知通过选择合理的极弧系数，使产生齿槽转矩的各次傅里叶分解系数取本文对重点分析了外转子轮毂式无刷直流电机得最小，就可以有效削减齿槽转矩。的齿槽转矩波，通过优化极弧系数、定子槽口宽度、解析计算忽略漏磁与饱和的计算，使得最小齿选取合适的槽极配合及选取分数槽绕组，即使不改槽转矩的极弧系数与实际有一定误差，本文采用有变电机结构也可很好分抑制齿槽转矩，是非常有效、限元法来进行准确计算，提高其计算精度。其他参数实用的方法。本文所采用到的优化设计方法可以有不变，永磁体极弧系数％取值从0．650．9，得

8、极弧效削弱永磁无刷直流电机的转矩波动，同时并没有系数与齿槽转矩随的变化曲线，如图5所示。通过合改变电机结构，对其它永磁无刷直流电机的优化设理选取极弧系数可有效的抑制齿槽转矩。为了获得计提供了参考。尽可能大的气隙磁通而增加输出转矩，极弧系数应尽可能取大些，因此选极弧系数为0．865。参考文献：【1】KANGGH，HURJ．An~yticalpredictionandreductionof