降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩的设计策略探索

无刷直流电动机在现代工业和家用设备中广泛使用，主要得益于其高效率、低维护和长寿命等优点。在三相无刷直流电动机中，尤其是永磁无刷直流电动机（PMBLDCM），齿槽转矩是影响电机运行平稳性和噪声水平的关键因素。降低齿槽转矩不仅能够提升电机的整体性能，还能提高用户体验。 分数槽集中绕组是一种有效降低齿槽转矩的技术，其基本思想是通过非对称的绕组分布来减少谐波影响。分数槽设计可以打破定子磁场的对称性，从而削弱齿槽效应。在三相无刷直流电动机中，这种绕组方式可以使磁通在槽内的分布更加平滑，减少转矩波动。 此外，优化磁极极弧宽和槽宽是另一种关键设计措施。极弧宽指的是磁极沿圆周方向的宽度，而槽宽则是指定子槽的开口宽度。这两者的匹配关系直接影响到气隙磁密的分布，进而影响齿槽转矩。通过调整这两者的比例，可以改善磁通的分布，减少谐波，从而减小齿槽转矩。 不等气隙设计是降低齿槽转矩的另一种策略。传统的电机设计通常采用均匀气隙，但这样会导致磁通密度的谐波成分较高。通过在磁体下方设置较小的气隙，使得气隙磁密分布更接近正弦波，能显著降低齿槽转矩。例如，使用表面粘结磁片结构时，磁片的截面设计成面包形状，与定子铁心之间形成不等气隙，如图8所示。优化后的截面形状，如图9所示，进一步提升了效果。 斜极和斜槽技术也是减少齿槽转矩的有效手段。通过将定子或转子的极和槽设计成倾斜角度，可以消除定子磁场和转子磁链之间的相互作用，从而减小转矩波动。这种方法可以显著改善电机运行时的平稳性。 磁极分段错位和磁极偏移也是常用的方法。磁极分段错位是指将磁极分成多个部分，并在轴向上错开一定的距离，这样可以分散谐波的影响。磁极偏移则是在设计时使磁极中心线偏离几何中心，以改变磁通路径，从而降低齿槽转矩。 最后，齿顶开辅助凹槽也是一种创新设计，通过在齿顶开设辅助凹槽，可以改变磁通在齿部的分布，减少磁通与齿面的直接交互，进一步降低齿槽转矩。 降低永磁无刷直流电动机的齿槽转矩涉及到多种设计策略，包括分数槽集中绕组、优化磁极极弧宽和槽宽、不等气隙、斜极斜槽、磁极分段错位、磁极偏移以及齿顶辅助凹槽等。这些技术的应用需要根据具体电机的性能需求和工作条件进行综合考虑和优化，以实现最佳的齿槽转矩控制。设计者在实际应用中应结合理论分析和实验验证，以确保电机运行的高效和平稳。