减小轴向磁场磁通切换容错电机齿槽转矩的方法研究文献综述

文献综述

随着汽车工业的高速发展,全球汽车总量不断增加,汽车所带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭等方面的问题越来越突出。因此,为了保护人类赖以生存的环境和保障能源供给,解决内燃汽车的问题己迫在眉睫。电动汽车具有高效、节能、环保和低噪声等显著优点,相较于内燃汽车具有不可比拟的优势,目前电动汽车驱动技术的研发己得到各国政府的重视。

电动机及其控制系统是电动汽车的关键部件。在转速调节方面,电动汽车驱动电机既要适应城市道路慢速行驶的需要,又要满足高速公路快速行驶的特点;在转矩输出方面,为保证电动汽车起动和低速爬坡性能要求,应具有零速或低速大扭矩输出能力。同时,要求驱动电机具有相对较宽的高速恒功率区,满足电动汽车连续高速行驶和加速性能的要求。轴向磁场磁通切换容错电机（AFFSFTM）^[1]是一种新型电机,它具有轴向磁场磁通切换电机^[2-4]和容错电机^[5]的优点,以其良好的低速性能、容错性能以及较高的功率密度在电动汽车用轮毂式直驱系统中具有良好的应用前景。在电机的旋转过程中，齿槽转矩表现为一种附加的脉动转矩，对电动机的平均有效转矩并不会产生多少变化，但是会引起电机的速度波动、增加电机的振动和噪声^[6]。齿槽转矩是影响AFFSFTM转矩脉动关键参数,为了减少汽车噪音就需要降低AFFSFTM电机的齿槽转矩,本课题对能有效减小该电机的齿槽转矩的方法进行了相关研究。

近年来,国内外在削弱永磁电机齿槽转矩方面进行了大量的研究,如磁极偏移结合槽口宽优化^[7]、极槽配合^[7]、优化极弧系数、优化气隙长度^[8]、优化磁极形状、永磁体分段、转子分段斜极^[9]、辅助槽、斜极、定子齿加磁导桥^[10]等。文献[11]在分析齿槽转矩产生机理的基础上,研究了定子齿开辅助槽对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。以8极48槽内置V型永磁同步电机为研究对象,利用有限元方法分析了槽口宽度、深度和槽口中心线夹角对齿槽转矩的影响。文献[12]推导了采用不等槽口宽配合时可用于分析的齿槽转矩解析表达式,研究了改变相邻槽口宽度对于气隙相对磁导率的傅里叶分解系数的影响。研究表明,n为偶数时（n表示使nz/(4p)为整数的最小整数）,可以通过改变相邻两槽的槽口宽度来减小齿槽转矩;如果当n为奇数时（n表示使nz/(4p)为整数的最小整数）,采用相邻两槽槽口宽度不等的方法不但不会减小齿槽转矩,反而会增大齿槽转矩。文献[13]从优化电机的本体结构出发,介绍了4种永磁无刷直流电机齿槽转矩最小化方法,并进行了分析研究。建议选用定子斜槽、转子斜极方案和分数绕组方案。文献[14]对转子进行了分段斜极和转子极倒角,研究了转子分段斜极和倒角对齿槽转矩的影响,结果表明选择合适的转子齿斜极角度和步数对FSPM电机的齿槽转矩有明显的削弱作用,但是电机的反电势和磁链幅值会有一定的降低。文献[15]分析了电机定子和转子的结构参数对齿槽转矩的影响,对电机的设计参数进行了优化,并将两个定子错齿,结果表明,定子错齿的方法也有削弱齿槽转矩的作用,但是两个定子齿槽的交错会造成电机轴向力变动,使得电机运行时产生机械振动和噪声,影响电机运行的稳定性和使用寿命。文献[16]分析了永磁同步电动机(PMSM)产生齿槽转矩的原因，归纳了目前削弱永磁电动机齿槽转矩常用的方法，提出在转子上设辅助孔来削弱齿槽转矩的新方法。以一台12槽8极的PMSM为研究对象，利用有限元Ansoft软件仿真分析了转子辅助孔对齿槽转矩的抑制效果。结果表明，转子辅助孔的孔型、位置以及尺寸都会对齿槽转矩产生影响。选择适合的辅助孔的尺寸、位置能够有效地减小齿槽转矩，从而削弱电动机的振动和噪声，提升电动机的性能。文献[17-18]中在转子齿面开设辅助槽，研究辅助槽对齿槽转矩的影响，分析了辅助槽槽数和槽宽、槽深、槽形这几个参数对电机齿槽转矩的影响，通过响应曲面优化方法，获得齿槽转矩最小的最优的辅助槽槽宽、槽深和槽形的组合。文献[19]通过研究所有阶次谐波对平均转矩和转矩脉动的影响，发现基波、第三和第五次谐波对改善转矩质量有很大贡献，而第七次谐波和高阶谐波对转矩改善没有显著影响。文献[20]介绍了一项实验性研究，旨在研究AFPM的开槽绕组中使用的多种技术解决方案，以实现定子铁芯中的齿槽转矩和功率损耗的大幅降低。

本课题以减小齿槽转矩为研究目的对轴向磁场磁通切换容错电机的设计参数进行优化，该课题的研究有利于提高轴向磁场磁通切换容错电机的运行性能，为其在电动汽车中的应用奠定研究基础。

参考文献

资料编号：[677144]