资源描述：
《永磁无刷直流电机齿槽力矩分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、永磁无刷直流电机齿槽力矩分析崔思鹏王建辉刘凯（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240）摘要：随着电力电子技术、永磁材料和微机控制技术的发展，永磁无刷直流电机得到了迅速发展，越来越多的应用于工业控制领域例如：电动汽车、数控机床、机器人制造等。然而，齿槽力矩的存在引起的震荡和噪声等问题使得永磁无刷电机很难应用于低速直驱控制系统中。本文的目的是通过有限元法研究电机设计过程中，影响齿槽力矩的主要设计参数，从而得到优化永磁无刷电机齿槽力矩的方案。关键词：齿槽力矩；永磁无刷直流电机；有限元。Analysis
2、forCoggingTorqueinPermanent-MagnetMachinesCUISi-peng,WANGJian-hui,LIUKai（SchoolofElectronic,InformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China）Abstract:Withthedevelopmentofpowerelectronics,permanentmagnetmaterialsandcontrolm
3、ethod,PMbrushlessmotorhavereceivedmoreandmoreattention.PMbrushlessmotorhavebeenwidelyusedinhighperformanceapplicationssuchasElectricvehicle,numericalcontrolmachinetoolsandrobots.However,thenoiseandvibrationcausedbycoggingtorqueseriouslyaffectsthemotorperfor
4、mance,especiallyinlowspeedanddirectdriveapplications.Thepurposeofthispaperistoanalyticallyinvestigatetheinfluenceofmajormachinedesignparametersonthecoggingtorqueandtoobtaintheiroptimalvaluesforminimumcoggingtorque.Finally,FEAisemployedtoverifytheobtainedopt
5、imaldesignparameters.Keywords:Coggingtorque,PMmotor,FEA1齿槽力矩的数学表达式齿槽力矩是由定子齿和永磁体转子之间相互作用力产生的。通过电磁场中的能量法及傅里叶分解法得到永磁无刷直流电机的齿槽力矩数学解析表达式：（1）其中（2）（3）为电机中心高，为电机气隙磁密，为定子外径，为定子外径，为定子槽数与永磁体个数之间的最小公倍数，为槽口角度，为极弧系数，为定子斜槽倾斜角度，为永磁体个数，为定子槽数，代表电机转子的位置。从上面的公式不仅可以分析出决定永磁无刷直流电
6、机齿槽力矩的主要参数，还可以研究出不改变电机空载反电动势，负载转矩，功率密度降低齿槽力矩的方案。2永磁无刷直流电机齿槽力矩的优化表1.永磁无刷直流电机参数电机中心高永磁体数电机槽数定子外径气隙长度永磁体厚度极弧系数槽口宽度斜槽斜率30,35,40,45,50mm4832，40，42108mm0.5,1,1.530.5-10-10-12.1电机中心高对齿槽力矩的影响从公式(1)可以得到齿槽力矩与电机中心高Lef成正比例关系，随着电机中心高Lef的增加，齿槽力矩T线性增加。针对不同定子槽、转子极数的同类电机进行F
7、EA建模，电机中心高的采样点分别是30,35,40,45,50mm。实验结果如图1所示，实验结果表明，针对不同电机中心高的实验数据点均落在同一条直线上，因此永磁无刷直流电机齿槽力矩与电机中心高成正比例关系。图1.电机中心高对齿槽力矩的影响2.2气隙磁密及其长度对齿槽力矩的影响定义一个变量，其中为气隙磁密，为定子外径，为定子内径。从公式(1)可以得到齿槽力矩与自定义变量K成正比例关系。通过改变得到不同的K值，利用FEA针对不同的K，对电机建立电磁场模型，观测齿槽力矩随着变量K的变化情况。实验结果如图2所示，随着
8、的减小，气隙增大，增大，减小，K增加，电机齿槽力随着K的增加线性减小。图2.自定义变量K对齿槽力矩的影响2.3定转子槽数配合对齿槽力矩的影响定义定子槽数、转子极数之间的配合系数，，其中代表定子槽数，代表转子极数，为定子槽数与转子极数之间的最小公倍数，从公式(1)可以得到越大，齿槽力矩越大。针对不同定子槽、转子槽数的同类电机进行FEA建模，实验结果如图(3)所示，实验结果表明，同类电机越大，齿槽力矩越
