三相无刷直流电动机分类槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之六)降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩的设计措施.pdf

### 三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究（连载之六）：降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩的设计措施 #### 摘要 本文旨在探讨如何有效降低永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor, PMBLDC）中的齿槽转矩（Cogging Torque），这是电机设计中的一个重要方面。通过综合分析，提出了多种设计策略，包括但不限于使用分数槽绕组、优化磁极极弧宽度和槽开口宽度、实施不等气隙设计、斜极和斜槽技术、磁极分段错位、磁极偏移以及齿顶开辅助凹槽等。这些措施旨在帮助设计者在实际工作中减少齿槽转矩，从而提高电机性能。 #### 关键词 无刷直流电动机、分数槽、齿槽转矩、设计 ### 1. 不等气隙方法 在传统电机设计中，定子与转子之间的气隙通常被设计为均匀的。然而，这样的设计会导致磁体下方的气隙磁密分布存在较多谐波，进而增加齿槽转矩。为了改善这一点，可以采用不等气隙的方法。具体而言，可以将磁体中央处的气隙设计得更小，从而使磁体下方的气隙磁密分布更加接近正弦波形，这有助于显著降低齿槽转矩及负载时的转矩纹波。 例如，在多极电机中使用表面粘结磁片结构时，可以将每个磁片的截面设计成面包形状，与定子铁心之间形成不等气隙。经过优化设计后，这种结构能够使齿槽转矩降低大约50%。 ### 2. 定子斜槽、转子斜极或转子磁极分段错位方法 齿槽转矩的基波周期与定子槽数\(Z\)和极数\(P\)的最小公倍数\(N_c\)相关。因此，通过调整定子斜槽角或转子斜极角使其等于\(N_c\)，可以有效地消除齿槽转矩的基波。 例如，对于整数槽电机\(Z=18\)、\(P=6\)、\(q=1\)的情况，最小公倍数\(N_c=Z=18\)。按照公式计算，斜槽角度\(\theta_s\)为20°，即定子斜一个槽距或转子斜极20°，均可以消除基波齿槽转矩。需要注意的是，这种方法可能会导致反电势和输出电磁转矩有所下降，并且会产生额外的轴向力。 为了便于生产制造，还可以采用转子磁极分段错位的方法来模拟斜极效果。根据分段数的不同，齿槽转矩的幅值会逐步降低，通常分段数达到4时，齿槽转矩的降低效果已经非常显著。 对于分数槽电机，若每相每极槽数\(q=c/d\)，则定子斜槽角或转子斜极角比整数槽电机小得多。具体数值可以通过公式计算得出，这对于进一步降低齿槽转矩具有重要意义。 ### 结论 通过上述措施的应用，可以在很大程度上降低永磁无刷直流电动机中的齿槽转矩。这些设计方法不仅有助于提高电机的整体性能，还能够在一定程度上减少运行噪音和振动，对于提升产品的市场竞争力具有重要作用。设计人员可以根据实际需求选择合适的技术方案，以达到最佳的减震降噪效果。