基于 ANSOFT 的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析-论文.pdf

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1、第32卷第4期佳木斯大学学报(自然科学版)Vo1．32No．42014年07月JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)July2014文章编号：1008—1402(2014)04-0559一o4基于ANSOFT的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析①黄金霖，易靓2，曹光华(1．安徽机电职业技术学院电气工程系，安徽芜湖241000；2．江西理工大学电气工程与自动化学院。江西赣州341000)摘要：齿槽转矩是永磁电机的固有属性，引起电机的转矩波动，产生振动和噪声．为减小齿槽转矩，

2、提高永磁伺服电机的控制精度，在研究永磁电机齿槽转矩产生机理的基础上，根据永磁电机齿槽转矩的解析式，研究定子齿部开辅助槽和转子磁极偏移对永磁电机齿槽转矩的影响；利用有限元软件ANSOb'T，建立36槽8极永磁伺服电机的有限元分析模型，计算不同尺寸辅助槽和磁极偏心距离时的齿槽转矩，分析辅助槽尺寸和磁极偏心距离对齿槽转矩的影响．研究结果表明，合理的辅助槽尺寸和磁极偏心距离可有效削弱永磁伺服电机的齿槽转矩．关键词：齿槽转矩；Zd极偏心；辅助槽；永磁电机中图分类号：TM303文献标识码：A随着矢量控制算法、电力电子器件和计算机其中，。

3、是空气磁导率．控制技术的不断发展，永磁伺服电机的应用越来越根据式(1)、(2)以及气隙磁密随着电机定转广．在数控机床、小型机器人、机械传动设备以及混子相对位置角和沿气隙切向不同位置分布的解析合电动汽车等领域，永磁伺服电机已经代替传统的表达式，得到齿槽转矩的表达式为：异步电机和直流电机，成为许多领域必不可少的传动设备¨．1d=一=(一碍)∑nsinnzotn=l永磁伺服电机结构与普通异步电机相比，转子永磁体取代了传统的转子绕组，转子永磁体的存(3)在，使得电机的效率和功率密度高；与此同时，转子由式3可知，永磁电机的齿槽转矩随着

4、定子槽永磁体与定子槽相互作用，产生齿槽转矩，使得电数、永磁体的尺寸、极弧系数等值的变化而变化，式机转矩波动增加，产生振动与噪声，影响伺服电机3为齿槽转矩的削弱提供了理论研究依据¨】．的控制精度．齿槽转矩是永磁电机特有的属性，因此，怎样减小永磁电机的齿槽转矩成为相关专家学2有限元模型的建立者研究的重点之一．1齿槽转矩产生机理2．1电机结构齿槽转矩是永磁电机固有属性，是指电机空载本文设计一台36槽8极永磁同步伺服电机，运行时，永磁体磁极和定子铁心之间的相互作用而以此为研究对象，利用有限元分析软件AnsoR产生的转矩．它体现了磁极

5、与电枢槽口之间相互作MaweH14．0，研究定子齿开辅助槽、磁极偏移对永用力的切向分量的波动r引．根据其定义，-．-f~出下：磁同步伺服电机齿槽转矩的影响，提出减小齿槽转矩的一些方法．电机的技术指标和具体尺寸分别如=一表1，2所示．气隙-q永磁体磁场中的能量又可以表示为：根据主要尺寸，建立电机的有限元分析模型，三=1JBd(2)如图1所示．电机由定子铁芯、定子绕组、永磁体、①收稿日期：2014—04—30．基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(51267006)；江西省自然科学基金项目(20122BAB206031)．作者

6、简介：黄金霖(1988一)，女，江西赣州人，硕士研究生，助教。研究方向：永磁电机的设计与分析．第4期黄金霖，等：基于ANSO}-q~的永磁同步伺服电机齿槽转矩分析561由图5、6可知，永磁电机的齿槽转矩随着辅助．。：。三槽屯◆槽槽口宽度的增大先增大后一减小再蜱增大归，当辅助槽321Ol23槽口的宽度为0．6mm时，即为定子槽口宽度的一半时，齿槽转矩达到最小值；齿槽转矩随着辅助槽，槽深的增大先减小后增大，当辅助槽深为0．4ram：时，齿槽转矩达到最小值．此外，开辅助槽时，辅助槽要均匀的分布在电枢齿上，辅助槽的槽口宽度和槽深要选

7、取合适，太转子角度(度)深会导致齿部磁密过大，太浅达不到明显的效果．图4不同槽型结构的齿槽转矩波形由图4可知，不同槽型的辅助槽，永磁电机齿槽转矩幅值的大小不同．其中，矩形槽降低齿槽转‘，。矩的效果最好，圆形槽次之，三角形槽最差．l^lolfJZ‘·啦烟．转子角度(度)图7磁极偏心结构6图5槽口宽度对齿槽的影响，、4g2一觚0=．⋯H=Om．⋯m—一黼；嚣篇羹．：cl—I一H=O．2mm姻．4·b—I-转子角度(度)图8偏心电机的齿槽转矩波形转子角度(度)250图6槽深对齿槽转矩的影响￡o503．2辅助槽尺寸对齿槽转矩的影响-

8、50榭定子齿开辅助槽虽可有效减小永磁电机的齿．150槽转矩，但辅助槽的尺寸对齿槽转矩有较大影响，．2500204060选择合适的尺寸可以进一步减小永磁电机齿槽转转子角度(度)矩L6；若槽口和槽深选择不当，反而会增大电机的图9偏心电机的空载反电势波形齿槽转矩．建立定子齿开矩形槽的永磁同步伺服