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定子结构优化对盘式电机齿槽转矩的影响分析

岳明强 刘城 王晓光

岳明强, 刘城, 王晓光. 定子结构优化对盘式电机齿槽转矩的影响分析[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 13-18. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.002
引用本文: 岳明强, 刘城, 王晓光. 定子结构优化对盘式电机齿槽转矩的影响分析[J]. 制造技术与机床, 2024, (4): 13-18. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.002
YUE Mingqiang, LIU Cheng, WANG Xiaoguang. Research on cogging torque of disk motor based on stator structure optimization[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 13-18. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.002
Citation: YUE Mingqiang, LIU Cheng, WANG Xiaoguang. Research on cogging torque of disk motor based on stator structure optimization[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2024, (4): 13-18. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.002

定子结构优化对盘式电机齿槽转矩的影响分析

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2024.04.002
详细信息
    作者简介:

    岳明强,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为永磁电机设计与优化。E-mail:1556251451@qq.com

    通讯作者:

    王晓光,男,1984年生,博士,副教授,发表论文40篇,研究方向为永磁电机设计与控制。E-mail:1172766870@qq.com

  • 中图分类号: TM351

Research on cogging torque of disk motor based on stator structure optimization

  • 摘要: 齿槽转矩会恶化电机性能,为削弱盘式永磁电机齿槽转矩,文章提出了定子偏移和不等定子齿靴两种结构优化方法。首先通过能量法与傅里叶分解推导出轴向电机齿槽转矩公式,进行定子槽口宽度优化得到原模型的最小齿槽转矩;然后用公式推导计算与有限元分析,得到定子偏移结构的偏移角度;最后通过理论分析和仿真计算得到基于最小齿槽转矩的不等定子齿靴扩张宽度比,不等定子齿靴结构可使定子上下两侧的齿槽转矩相互抵消。对比结果表明,不等定子齿靴结构对齿槽转矩削弱效果最好,当扩张宽度比取1.2时,齿槽转矩降低71%。

     

  • 图  1  轴向电机拓扑结构

    图  2  不同槽口宽度下的齿槽转矩峰峰值大小

    图  3  不同槽口宽度下的空载相反电势波形

    图  4  定子偏移结构

    图  5  齿槽转矩波形

    图  6  齿槽转矩随定子偏移角度ξ的变化曲线

    图  7  优化前后空载相反电势波形

    图  8  不同齿靴结构

    图  9  不等齿靴结构齿槽转矩影响机理

    图  10  齿槽转矩波形

    图  11  齿槽转矩随定子齿靴扩张宽度比的变化

    图  12  优化前后空载相反电势波形

    表  1  盘式电机基本参数

    参数 数值
    极数 10
    槽数 12
    额定转矩/(N·m) 14.6
    额定功率/kW 5.6
    额定转速/(r/min) 3600
    电机外径/mm 104
    电机内径/mm 58
    气隙长度/mm 1.5
    永磁体厚度/mm 5
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    表  2  优化定子结构结果对比

    传统
    结构
    定子偏移
    结构
    不等定子
    齿靴结构
    空载相反电势有效值/V 215.5 213.5 213.1
    齿槽转矩峰峰值/(N·m) 0.95 0.34 0.28
    下载: 导出CSV
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  • 录用日期:  2024-02-07
  • 修回日期:  2023-12-09

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