从转矩波动角度探讨集中绕组永磁电机电磁设计

摘要：转矩波动包括齿槽转矩和纹波转矩，是永磁电机的固有问题，其平均值为零，不会增加电机的平均转矩，但会导致电机转速产生波动、噪声等影响并对电机的精确控制产生很大的影响。

0 引言

永磁同步电动机的定子绕组结构现有分布式和集中式两种，集中式绕组比传统的分布式绕组有着更加明显的优点：线圈端部尺寸非常短，减少绕组端部铜线的浪费，可以使结构尺寸更加紧凑；绕线可以自动绕线，工艺简单，生产效率大大提高，实现大规模自动化生产。如今，关于分数槽集中绕组的关注度越来越高，在工业机器人、交通驱动等领域得到了广泛应用，优化电机的转矩品质变的尤为重要。

电磁设计是一个以结果为导向的设计过程，需要从设计指标去不断调整优化设计的基本参数。电机运行的平稳性是电梯用电动机（曳引机）的一个重要技术指标，而影响电机平稳性的主要指标是转矩脉动，转矩脉动包括齿槽转矩和纹波转矩。本文通过36槽32极分数槽集中式绕组永磁同步电动机为例，利用有限元分析软件进行仿真分析，在转矩波动的角度研究某些参数来探讨集中绕组的电磁设计。并用有限元仿真数据和样机试验进行验证。

1槽口宽度对电机性能影响

1.1槽口宽度对齿槽转矩的影响

齿槽转矩是由齿槽和铁心磁阻变化引起的位力矩。传统的分布式绕组的齿槽转矩随着定子槽开口宽度的减小而减少，但在分数槽集中绕组冲片设计中这个经验并不适合。由文献[1]推导的集中绕组齿槽转矩表达式：

图1槽口宽与齿槽转矩的关系

图2有变量时槽口宽与齿槽转矩的关系

图5 斜槽角度与额定转矩、转矩波动的关系