为提高机器人关节用无框永磁同步电机效率、减小齿槽转矩和转矩脉动,通过能量法推导出电机齿槽转矩解析式,确定影响电机转矩性能的4个重要参数气隙长度、永磁体厚度、永磁体极弧系数、定子槽口宽度,并使用有限元方法分析各个参数对齿槽转矩的影响。基于响应面方法和多目标遗传算法,建立响应面回归模型,以提高电机效率和降低齿槽转矩为目标,得到永磁同步电机的帕累托前沿。最后根据约束条件和设计目标选择最优解,并利用有限元分析对初始方案和优化后方案进行对比分析。结果表明该多目标优化方法可以设计出兼顾高效率和低齿槽转矩的目标电机。

针对现有的2D阀用动铁式力矩马达中位调节困难的问题,设计了一种利用定转子之间齿槽转矩进行中位调节的爪极式磁悬浮力矩马达。首先通过建立电磁特性仿真模型分析比较了矩形爪极和梯形爪极的电磁转矩和齿槽转矩,从而确定了爪极式磁悬浮力矩马达的拓扑结构。随后基于等效磁路法推导出了该力矩马达电磁转矩的定性公式,并设计了一个正交试验以确定设计参数对电磁转矩的敏感性。依据仿真优化后的结构参数加工了实验样机,搭建了实验测试台对该力矩马达的齿槽转矩和电磁转矩的矩角特性进行测试。结果表明该力矩马达的电磁转矩随转角减小,具有正磁弹簧刚度,并且能够有效的利用齿槽转矩进行中位调节。

过大的齿槽转矩会造成电机转矩波动、产生噪音和振动,是永磁电机高精度高性能优化设计的关键因素。研究中以某4槽10极汽车座椅永磁有刷直流电机为例,通过建立电机相应的电磁场模型以及理论分析,探究了电磁力、永磁体的极弧系数和偏心距参数对电机振动的影响,提出了减小齿槽转矩的电机结构综合优化方案。通过Ansoft Maxwell电磁仿真与实验测试,验证了所设计方案的有效性;与原设计相比,优化结构后的电机,齿槽转矩降低了85.95%,振动减小了80%,噪音减小了11%。

非对称磁极内置式永磁同步电机可以在不降低电磁转矩的情况下有效降低齿槽转矩和转矩脉动,拓宽调速范围,电机结构可靠,制作难度低,在转矩性能要求高的场合具有广泛的应用前景。为研究非对称磁极转子磁场偏转后引起的电机电磁特性的变化,建立了新的数学分析模型,结合有限元分析方法对不同磁极结构永磁同步电机的电磁性能展开分析。仿真结果表明:非对称磁极结构可有效降低内置式永磁同步电机的转矩脉动和齿槽转矩;磁极正向偏移后在最大转矩电流比控制策略下具有更宽的恒功率区调速范围。最后,给出了非对称磁极永磁同步电机在实际工程应用时控制策略的实现方法。

针对直接驱动阀用半浸油式有限转角力矩电机进行设计仿真。通过磁路法快速计算,得到电机的主要尺寸和电磁参数。校核转子腔的厚度满足机械强度要求。根据磁路法得到的参数建立有限转角力矩电机的二维有限元模型,计算其空载气隙磁密、齿槽转矩特性,计算在不同负载时的恒转矩区间范围、输出力矩特性,分析齿槽转矩对输出力矩特性的影响,分析磁路饱和对输出力矩特性的影响。结果表明,转子腔采用导磁材料时,输出力矩大,力矩波动小。

电子液压制动系统现已普遍使用无刷直流电机,但其齿槽转矩会影响电机伺服控制品质,进而阻碍EHB综合性能的提升。为此,开展EHB用无刷直流电机齿槽转矩的电流补偿控制策略研究。首先,通过解析分析和有限元方法获取齿槽转矩变化规律;其次,根据齿槽转矩与转子位置的映射关系,提出基于电机位置信号的转矩实时电流补偿控制策略;最后,搭建电机的控制模型和有限元模型,并进行联合仿真。研究结果表明:加入电流补偿控制策略后,电机转速和转矩波动明显降低,位置伺服精度得到提升,有效抑制了齿槽转矩对电机伺服控制品质的影响。

研究齿槽转矩产生的机制,利用有限元电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立永磁联轴器二维模型,分析导体铜套开槽筒式永磁联轴器输出转矩提高和转矩波动范围增大的原因。依据齿槽转矩产生机制,进一步分析开槽数量与磁极数的关系对齿槽转矩的影响规律,还通过仿真得到不同槽宽占空比、永磁体占空比条件下PMC的齿槽转矩和输出转矩特性曲线,给出削弱齿槽转矩、提高输出转矩并减小转矩波动的参数优化方法,为永磁联轴器的设计应用提供一定的理论参考。

永磁电机作为微型电机广泛应用于工业领域,但其齿槽转矩会引起振动和噪声,降低系统控制精度。为削弱齿槽转矩,基于齿槽转矩产生机制,结合能量法与傅里叶分解法,推导转子齿上开设辅助槽的永磁有刷直流电动机的齿槽转矩的数学解析式。基于Ansoft Maxwell对某款电机转子齿上开设辅助槽的数量、位置、槽口宽度、辅助槽深度以及辅助槽的形状等相关参数对齿槽转矩的影响进行分析,得到辅助槽参数和齿槽转矩峰峰值之间的关系,确定了辅助槽各优化参数的合理取值。优化结果表明:电机的齿槽转矩得到了有效抑制。

针对六相永磁电机齿槽转矩过高引起振动和噪声问题,以一台12槽10极表贴式永磁电机为例,提出一种在定子齿开辅助槽的方法降低齿槽转矩。分析永磁电机齿槽转矩的工作原理,推导出齿槽转矩与开槽结构的解析关系;对定子齿开槽方法进行设计,进一步对辅助槽位置、数量和尺寸进行分析和优化;对开槽前后电机进行有限元仿真分析,并与初始电机进行性能对比。结果表明:定子齿开辅助槽对于抑制齿槽转矩有着显著作用,最大可减小约91.8%。结果验证了该方法的可行性和有效性。

提出了一种内置式永磁电机用复合式磁极结构，通过铁氧体和钕铁硼两种永磁材料的组合，改善了气隙磁密波形，减小了齿槽转矩。提高了抗去磁能力，减少了稀土材料的用量。利用Ansoft软件分析了复合式磁极的磁场，并对其进行了优化。