卫红B用无别直流电机齿槽转矩仰制方法研究摘要：由于齿槽结构的影响，无刷直流电机（brushlessdirectcurrentmotor，BLDCM）中存在齿槽转矩，会导致转矩脉动增加，从而影响无刷直流电机的性能.为此，以电子液压制动系统（Electro-hydraulicbrakesystem，EHB）用BLDCM为研究对象，对结构参数进行分析及改进，来抑制BLDCM的齿槽转矩.首先，通过对齿槽转矩表达式进行推导和分析，发现其数值由基本结构参数以及傅里叶分解系数B（rnz/2p）和Gn所决定;其次，分别推导了偏心距、极弧系数和辅助槽与傅里叶分解系数的关系式，进而得到三者与齿槽转矩的变化关系;最后，通过有限元方法研究了偏心距改变、极弧系数变更和辅助槽添加三种情况下齿槽转矩的变化情况.结果表明：当偏心距、极弧系数和辅助槽形状分别为7.90mm、0.74、椭圆形时，对应的齿槽转矩峰值分别降低96.65%、90.48%、86.74%，齿槽转矩都得到明显抑制.关键词：无刷直流电机;结构参数;转矩抑制;有限元分析中图分类号：TM351文献标志码：A收稿日期：2021-07-06基金项目：湖南省杰出青年基金资助项目（2021JJ20015）;国家自然科学基金资助项目（52075465）;湖南省战略性新兴产业科技攻关与重大科技成果转化项目（2021GK4025）;湖南省科技创新计划资助项目（2021RC4038）;湖南省自然科学基金青年项目（2021JJ5540）作者简介：刘金刚（1979―），男，山东聊城人，湘潭大学教授，博士?通信联系人，E-mail：2682833218@qq.com无刷直流电机（BLDCM）具有体积小、质量轻、功率密度高、可靠性高等优点，非常适合用作电子液压制动系统（EHB）的助力电机[1-3].然而，由于转子永磁体与定子铁心的齿槽相互作用，包括BLDCM在内的齿槽结构永磁电机都会产生齿槽转矩[4].齿槽转矩的存在将导致转矩脉动增加，带来振动与噪声，影响无刷直流电机的性能.如何降低永磁电机齿槽转矩，至今都是国内外学者研究热点之一，众多学者在电机本体结构设计改M方面做了大量工作[5]，在定子侧的结构参数改进上，WangD等人[6]在保证槽口宽度相同前提下，采用非均匀齿冠宽度的方法，并通过解析分析确定了齿冠宽度比，大大降低齿槽转矩;黄守道等人[7]根据齿槽转矩解析表达式，分析了单个槽对齿槽转矩增加规律的影响，提出通过槽口偏移来减弱齿槽转矩的方法;WangK等人[8]利用定子齿的偏心结构来减小齿槽转矩，并在一台外转子PMSM上验证了所提方法的有效性.在转子侧的结构参数改进上，安治国等人[9]研究了转子辅助槽添加位置、开槽深度和宽度等参数对齿槽转矩和漏磁的作用情况，获得最佳开槽结构参数;ZhaoJ等人[10]对永磁体边缘的结构参数进行了研究，通过改变参数减少了转子端部效应的影响，抑制了齿槽转矩;李松生等人[11]进行了转子永磁体对齐安装和错位安装的对比，发现分段斜极安装可以大幅降低齿槽转矩.上述提出的结构改进方法能降低电机齿槽转矩，但鲜有同时兼顾永磁体形状参数和电枢参数改进的方法，也很少综合考虑齿槽转矩和电机其他基本性能.本文通过对齿槽转矩的表达式进行推导和分析，发现其数值由基本结构参数以及傅里叶分解系数B（rnz/2p）和Gn所决定，以此为依据，推导了傅里叶分解系数和结构参数的关系式.再利用有限元方法分别研究了BLDCM偏心距改变、极弧系数变更和添加辅助槽三种情况下齿槽转矩、气隙磁密和反电动势的变化情况.结果表明，对结构参数进行合理地改进，可以在保持电机性能基本不变的情况下抑制齿槽转矩.1结构参数与齿槽转矩的关系分析1.1齿槽转矩分析由于齿槽结构的影响，当转子永磁体处于不同位置时，磁路中的磁阻会发生变化，从而引起磁场能量变化，导致齿槽转矩的产生.因此，将齿槽转矩定义为磁场能量W相对于位置角a的函数[12]，即：为便于分析，做以下假设：定子铁心磁导率为无穷大;不同永磁体之间结构及磁性能处于理想状态，无加工制造误差，磁导率与空气相同;硅钢片的叠装系数为1.因此，永磁电机磁场中存储的磁能可近似[13]为气隙与永磁体磁能之和，可表示为：式中，B为气隙磁通密度;μ0为磁导率;V为气隙体积.其中气隙磁密沿电枢表面分布可表示为：式中，B（rθ）为永磁体剩磁沿圆周方向的分布;hm（θ）、δ（θ，α）分别为沿圆周、磁...