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导读：
在汉斯出版社《电气工程》期刊上，有论文基于齿槽转矩特性与磁极参数的关系，研究分析表贴式PMSM齿槽转矩的作用机理，以带式输送机用永磁直驱电机参数建立有限元模型，研究磁体极弧系数、不等厚磁体和磁体直极偏移等对齿槽转矩的影响。
01
基本信息：
带式输送机用永磁电机齿槽转矩优化分析
Optimization Analysis of Cogging Torque of Permanent Magnet Motor for Belt Conveyor
作者：
李 根, 李 明, 郭 敬：河北新四达电机股份有限公司，河北 石家庄；张 程, 赵立新：河北工程大学机械与装备工程学院，河北 邯郸；河北省稀土永磁材料与应用工程研究中心，河北 邯郸；郑立允*：河北省稀土永磁材料与应用工程研究中心，河北 邯郸
关键词:
永磁同步电机；齿槽转矩；极弧系数；不等厚；直极偏移
项目基金：
国家重点研发计划项目(2022YFB3505600)
原文链接：
https://doi.org/10.12677/jee.2025.134009
02
内容简介：
1
齿槽转矩解析模型
本文研究永磁电机参数见表1。
齿槽转矩指永磁同步电机在未接通电源时，克服磁体与定子齿槽相互作用产生的转矩。定义为：
式中W为磁场能量，α为永磁体与电枢相对位置。
电机磁场能量近似为气隙能量和永磁体能量的总值。即：
气隙磁密的分布可以近似表示为：
式中α和θ如图1所示为永磁体与电枢相对位置角，Br为磁体剩磁，hm为磁体充磁长度，δ为有效气隙长度。
综合上述公式，分别对
和
进行傅里叶展开，可以得到永磁电机的齿槽转矩解析式：
式中z为定子槽数，La为铁芯长度，R1和R2分别为电枢外径和定子内径，m为使nz/2p为整数的任意整数值。
2
齿槽转矩的影响因素分析
1.磁体极弧系数对齿槽转矩的影响（图2）
2.不等厚磁体对齿槽转矩的影响（图3、图4）
3.磁极直极偏移对齿槽转矩的影响（图5、图6、图7）
3
样机试验
1.样机参数
为使在改变磁极参数的条件下不影响反电动势的幅值大小，采用Maxwell中的Optimetrics模块进行参数扫描，将磁体极弧系数和偏心距设定为扫描参数，求解不同组仿真结果，选择反电动势幅值不变，且齿槽转矩最小的组合。确定样机磁极参数为极弧系数0.86，偏心距220 mm，2段直极偏移。
2.齿槽转矩试验（图9）
3.反电动势试验（图10、图11）
4
结论
1) 通过选择对齿槽转矩起作用的Bm最小值对应的极弧系数，来降低齿槽转矩幅值，发现齿槽转矩随极弧系数呈周期性变化；
2) 合理选择不等厚磁体的偏心距可以降低气隙磁密高次谐波分量，改善气隙磁密波形，从而有效地削弱齿槽转矩；
3) 磁体直极偏移对降低齿槽转矩影响很大，齿槽转矩随分段数的变化受齿槽转矩波形影响，因此并非所有电机都遵循齿槽转矩随磁体分段数的增加而减小的规律，当磁体分2段时，齿槽转矩已经得到明显的削弱。在实际应用中，分段数的选取需结合齿槽转矩的波形来确定；
4) 通过样机试验发现磁极参数优化能有效降低反电动势谐波含量，降低齿槽转矩，优化电机整体运行性能。
03
期刊介绍：
所属期刊
-Journal of Electrical Engineering-
《电气工程》是一本开放获取、关注电气工程领域最新进展的国际中文期刊。主要刊登电气工程、电机学、高电压工程等领域的最新科研成果及学术论文。
检索：万方|维普
版面：季刊|最新3月版面
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