永磁同步電機齒槽轉(zhuǎn)矩的研究

永磁同步電機齒槽轉(zhuǎn)矩的研究

0永磁電機齒槽扭矩的抑制方案近年來，隨著永磁材料的功率不斷提高，永磁電機在體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠性、功率密度高、輸出旋轉(zhuǎn)大、動態(tài)性能好等方面越來越受到重視。尤其是在對機器人、精細電子儀器和設(shè)備的高流量和位置控制系統(tǒng)中，對永動電阻器的性能和控制精度的要求尤其高。然而,永磁電機中永磁體和開槽電樞鐵心相互作用,不可避免產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩,導致轉(zhuǎn)矩波動,降低永磁電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制特性和運行可靠性,影響系統(tǒng)的控制精度,并引起振動、噪聲等問題。針對上述問題,國內(nèi)外眾多學者提出了一系列行之有效的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制解決方案[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40]。本文在分析永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機理和計算方法的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)有齒槽轉(zhuǎn)矩抑制方法進行歸納總結(jié),分析各種方法的優(yōu)缺點和適用場合,為齒槽轉(zhuǎn)矩抑制技術(shù)的實際應用和進一步研究提供借鑒。1永康熙皇門齒槽旋轉(zhuǎn)1.1齒槽形狀及政策永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩是指電樞繞組開路時,由永磁體產(chǎn)生的磁場與電樞齒槽作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置改變呈現(xiàn)周期性變化,周期大小由永磁電機的磁極數(shù)與槽數(shù)決定。實際上齒槽轉(zhuǎn)矩是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時電機中的靜磁能變化率。由于永磁體和鐵心中的靜磁能變化很小可以忽略,故電機的靜磁能近似等于氣隙中的靜磁能。當鐵心有齒槽時,磁場能量隨定子和轉(zhuǎn)子的相對位置發(fā)生變化,并向著磁能積變小的方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,即齒槽轉(zhuǎn)矩,從本質(zhì)上而言是永磁體磁場與齒槽間作用力的切向分量。齒槽轉(zhuǎn)矩總是試圖將轉(zhuǎn)子定位在某一位置,又稱齒槽定位轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩與定子電流無關(guān),是定轉(zhuǎn)子相對位置的函數(shù),與電機齒槽的結(jié)構(gòu)和尺寸有很大關(guān)系。準確考慮齒槽結(jié)構(gòu)對電機氣隙磁場的影響是分析計算齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵。齒槽轉(zhuǎn)矩引起永磁電機的轉(zhuǎn)矩和速度波動,使電機產(chǎn)生振動和噪聲,當脈動轉(zhuǎn)矩的頻率與電樞電流諧振頻率一致時,會產(chǎn)生共振,勢必會放大齒槽轉(zhuǎn)矩的振動和噪聲,嚴重影響電機的定位精度和伺服性能,尤其在低速時影響更為嚴重。1.2永磁電機齒槽扭矩的計算分析齒槽轉(zhuǎn)矩常用的方法通常有解析法、有限元法、圖解法和等效磁網(wǎng)絡(luò)法。傅立葉分析是一種實用、快捷的解析方法。它是分析永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩基波及低次諧波分量的一種行之有效的方法。文獻采用解析法,對無刷永磁電機的齒槽轉(zhuǎn)矩進行計算。文獻對嵌入式永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩進行預測,并研究不同的隔磁槽對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。文獻利用許-克變換,構(gòu)造了考慮齒槽效應的等效氣隙磁導函數(shù),提出了一種永磁無刷直流電機齒槽轉(zhuǎn)矩的解析方法,可用于磁極分段移位、齒面加輔助槽等結(jié)構(gòu)的齒槽轉(zhuǎn)矩計算,還可將數(shù)值法和解析法結(jié)合起來使用。文獻中采用解析方法對永磁電機進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,減小齒槽轉(zhuǎn)矩。采用解析法進行分析計算時,往往會將齒槽轉(zhuǎn)矩的高次諧波忽略掉,因而得到的結(jié)果精度不高,但仍可滿足工程需要。有限元分析方法得到越來越廣泛的關(guān)注和應用。FEM借助于Ansys、Ansoft、Magnet等大型軟件的可視化窗口界面,建模過程簡單、計算精度高,缺點是耗時較長。國內(nèi)外采用FEM計算永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的文獻很多。針對斜極、斜槽等不對稱結(jié)構(gòu)永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩可采用3-DFEM進行準確計算。圖解分析法也叫磁通-磁動勢(Flux-MMF)繪圖法。在永磁電機中,只要繪制出任一極的磁通-磁動勢圖,就可以根據(jù)虛功原理求得齒槽轉(zhuǎn)矩。實際操作中可以通過有限元分析得到磁通量,相應的磁動勢可通過退磁曲線得到。文獻就采用這種方法對電機的齒槽轉(zhuǎn)矩進行計算,取得較好的效果。三維等效磁網(wǎng)絡(luò)法(EMCN)把模型離散為六面體單元,相鄰節(jié)點間通過集中的磁導連接起來,單元節(jié)點磁場變量和標量磁位由相應的磁導和磁勢決定。采用三維等效磁網(wǎng)絡(luò)方法,文獻對兩相混合步進電機進行非線性分析。文獻對無刷永磁電機進行優(yōu)化設(shè)計。文獻對齒形狀優(yōu)化,以降低無刷永磁電機的轉(zhuǎn)矩波動。2齒槽旋轉(zhuǎn)綜合限制法2.1抑制齒槽扭矩方法永磁電機的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、氣隙長度,以及定轉(zhuǎn)子的配合,即極數(shù)和槽數(shù)配合等,都對齒槽轉(zhuǎn)矩有一定的影響。綜合國內(nèi)外研究成果,抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的方法可歸納為三大類:第一,從定子結(jié)構(gòu)考慮,改變定子鐵心參數(shù)的方法;第二,從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)考慮,改變永磁極參數(shù)的方法;第三,從定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)配合考慮,即合理選擇極數(shù)和槽數(shù),也就是通常所說的極槽配合。2.2基于磁性槽口的齒槽扭矩的抑制機理從定子結(jié)構(gòu)考慮,改變定子鐵心的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制方法主要包括斜槽、改變槽口寬度、優(yōu)化齒槽比率,定子齒開輔助槽、不等槽口寬、定子槽不均勻分布以及改變極靴深度等。(1)斜槽法。定子斜槽法是最為有效且應用最廣泛的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制方法之一。理論上講,定子齒槽相對于轉(zhuǎn)子磁極傾斜一個定子齒距,使得氣隙磁密為一個常數(shù),從而完全消除齒槽轉(zhuǎn)矩。實際上,就算是斜槽的幾何結(jié)構(gòu)近乎完美,由于端部效應的存在,斜槽并不能削弱鐵心端部之間磁場產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩,也就不可能保證氣隙磁密是一個常數(shù),從而不可能完全消除齒槽轉(zhuǎn)矩。此外,實際生產(chǎn)過程中,因同一臺電機的永磁材料存在分散性,電機制造工藝可能造成轉(zhuǎn)子偏心,進而影響斜槽的效果。采用斜槽法,勢必會給使得電機的結(jié)構(gòu)趨于復雜,增加加工的難度,并在一定程度上會降低電機的輸出轉(zhuǎn)矩,特別是對于定子槽數(shù)較少且鐵心軸向較短的電機,斜槽法實現(xiàn)起來較為困難,往往需要采取其他抑制措施。(2)改變槽口寬度。定子槽開口是影響齒槽轉(zhuǎn)矩的重要因素之一。開口寬度的大小會對氣隙磁導產(chǎn)生不同的影響。直觀上來看,減小槽開口寬度、采用磁性槽楔以及閉口槽的方法,可以減小氣隙磁導的變化,改善氣隙磁導的諧波頻譜,從而降低齒槽轉(zhuǎn)矩。磁性槽楔就是在定子槽口上涂壓一層磁性槽泥,固化成具有一定導磁性能的槽楔,這樣就能減小定子槽開口的影響,使得氣隙磁導的分布更為均勻,從而抑制齒槽轉(zhuǎn)矩。然而,由于磁性槽楔材料的導磁性能不是很好,因而對于齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱程度有限。對于定子槽不開口,即閉口槽的方法,因槽口材料與齒部材料相同,導磁性能較好,所以閉口槽比磁性槽楔能更有效地抑制齒槽轉(zhuǎn)矩。當然,為從根本上消除齒槽轉(zhuǎn)矩,在某些特殊應用場合或?qū)τ谔厥鈽?gòu)造的電機,可采用無槽定子結(jié)構(gòu)。但是,無論是減小槽開口寬度或閉口槽,還是采用磁性槽楔,勢必會導致電機定子結(jié)構(gòu)復雜化,尤其是采用閉口槽繞組,給繞組嵌線帶來極大不便,此外也會大大增加槽漏抗,增大電路的時間常數(shù),影響電機控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。(3)優(yōu)化齒槽比率法。齒槽比率是指定子槽寬度與齒距的比值。合理的齒槽比率能有效抑制齒槽轉(zhuǎn)矩。文獻分析了三個不同的齒槽比率,即0.4、0.5和0.6對表面式永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。結(jié)果表明,當齒槽比率為0.5和0.6時,電機輸出轉(zhuǎn)矩的波形更趨于正弦波,且當齒槽比率為0.5時,齒槽轉(zhuǎn)矩最小。因此,最佳齒槽比率0.5為該類電機的設(shè)計提供了參考。(4)輔助槽法。輔助槽法是在定子齒上設(shè)置輔助槽,提高齒槽轉(zhuǎn)矩的最低次諧波的次數(shù),從而降低齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值,達到抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的目的。此外,輔助槽法相當于增加了有效氣隙長度,也有利于減小齒槽轉(zhuǎn)矩,但會導致電機輸出轉(zhuǎn)矩的降低。針對不同的極數(shù)可適當選擇定子齒開槽數(shù)目。文獻研究了開輔助槽對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響,指出加輔助槽時應使每對極的槽數(shù)為奇數(shù),使得相鄰N、S極下的齒槽轉(zhuǎn)矩相位差為180°而相互抵消;若加輔助槽后每對極的槽數(shù)為偶數(shù),則相鄰N、S極下的齒槽轉(zhuǎn)矩相位相同則合成齒槽轉(zhuǎn)矩加倍。輔助槽法尤其適用于每極每相槽數(shù)較小的永磁電機。(5)不等槽口寬法。通常情況下,電樞槽的槽口寬度都相同。而文獻提出采用不等槽口寬配合的方法抑制齒槽轉(zhuǎn)矩。不等槽口寬配合是指相鄰兩槽的槽口寬度不同,而相距兩個齒距的兩槽槽口寬度相同。文獻推導了采用不等槽口寬配合時齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達式,研究了改變相鄰槽口寬度對于氣隙磁導率的傅立葉分解系數(shù)的影響。分析結(jié)果表明,若使得ns/(4p)(其中s、p分別為槽數(shù)和極對數(shù))為最小整數(shù)的n為偶數(shù)時,采用不等槽口配合的方法抑制齒槽轉(zhuǎn)矩很有效;但若n為奇數(shù)時,采用此方法齒槽轉(zhuǎn)矩不但不能降低,反而會增加。不等槽口寬法只適合于偶數(shù)槽的永磁電機。在實際應用中,槽口寬度受很多因素的影響,如線徑、下線方式等,不能僅為了削弱齒槽轉(zhuǎn)矩而改變槽口寬度。此外,對于許多永磁電機而言,很難得到結(jié)構(gòu)上十分合理的槽口寬度。(6)定子槽不均勻分布法。文獻提供了一種定子槽不均勻分布的定子新結(jié)構(gòu),可用于降低齒槽轉(zhuǎn)矩。該方法的基本思想是:將定子槽按1#、3#、5#、…和2#、4#、6#、…分為兩個部分,1#和2#、3#和4#、5#和6#、…之間間隔相等,設(shè)為W1,2#和3#、4#和5#、6#和7#、…之間間隔相等,設(shè)為W2,W1≠W2,利用疊加的思想把兩部分產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩合成,使得一部分諧波可以相互抵消掉,從而達到抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的目的。對于此方法存在一個槽移動距離的問題,文獻中并未提及。(7)改變極靴深度。對于有極靴的永磁電機而言,合理的極靴深度同樣可以在一定程度上降低齒槽轉(zhuǎn)矩。這是因為磁通進入鐵磁材料是垂直其表面進入的,而定子齒極靴部分的電磁力的切向分量最大,不同的極靴深度,就改變了電磁力的切向分量的分布,從而改變了齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值。文獻中給出了兩種極靴深度的電機、當極靴深度較小時,磁通的一部分從極靴進入,一部分從定子齒的斜面進入,而增大極靴深度之后,就增大了從極靴處進入的磁通,因此電磁力的切向分量更大,從而導致齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值增加。文獻給出了極靴深度從0.5到3.0mm每變化0.5mm的齒槽轉(zhuǎn)矩峰值。結(jié)果顯示,當極靴深度為1.0mm時,齒槽轉(zhuǎn)矩最小。盡管降低效果并不很明顯,但是設(shè)計電機時,還是應該考慮合理地設(shè)計極靴深度。2.3表面活性劑的應用從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)考慮,改變永磁極參數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩抑制方法主要包括斜極、優(yōu)化極弧系數(shù)、磁極偏移、永磁體形狀優(yōu)化、不同極弧系數(shù)優(yōu)化組合、改變永磁體磁化方向以及降低永磁體剩磁強度等。(1)斜極法。前面對斜槽的方法進行了分析,而斜極法和斜槽法的作用原理相同,也是削弱齒槽轉(zhuǎn)矩最常用、最有效的方法之一。兩者適用場合不同。由于斜極的工藝復雜,因此通常采用斜槽法。而斜極法一般在定子斜槽給電機的制造帶來不可接受的困難時采用。斜極通常有兩種方式:①是整體磁極的傾斜;②是采用多塊沿軸向和圓周方向錯開的磁極。對于表面式磁極結(jié)構(gòu)的永磁電機,可以直接采用磁極扭斜的工藝,而對于嵌入式結(jié)構(gòu),因工藝因素,只能采用多塊磁極連續(xù)錯開移位的方式。斜極法和斜槽法一樣有局限性,一方面使得電機的結(jié)構(gòu)復雜化,另一方面在一定程度上降低電機的輸出轉(zhuǎn)矩。此外,對于槽數(shù)較少、軸向較短永磁電機該方法不適用。(2)優(yōu)化極弧系數(shù)。極弧系數(shù)是影響永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的重要因素之一,改變極弧系數(shù)對于齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值和波形都有重要的影響。對于某一臺永磁電機而言,存在一個最優(yōu)的極弧系數(shù),當增加或減小極弧系數(shù)時,都會導致齒槽轉(zhuǎn)矩的增加。文獻通過解析分析法研究了極弧系數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。依據(jù)此分析方法可以方便地得到不同極數(shù)和槽數(shù)配合時的最佳極弧系數(shù),進而削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。文獻中指出齒槽轉(zhuǎn)矩的基波分量可通過適當選擇極弧寬度w與齒距λ的比率而有效消除。文獻中給出了極弧寬度w與齒距λ的配合關(guān)系式。對于徑向充磁的永磁電機而言,合適的極弧寬度為w=(n+0.17)λ(其中n為整數(shù));對于平行充磁的永磁電機面言,合適的極弧寬度為w=6.41λ。應該指出的是,實際中極弧系數(shù)的選擇受諸多的因素的限制,應綜合考慮永磁體的合理利用,以及極弧系數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩的影響。(3)磁極偏移法。一般情況下,永磁電機各磁極的形狀相同且在圓周上均勻分布,而磁極偏移是指磁極不均勻分布。通過磁極偏移可改變對齒槽轉(zhuǎn)矩起作用的磁場諧波的幅值,進而削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。對于多極永磁電機而言,當磁極偏移后,氣隙磁導不變,磁場分布由于勵磁不再是對稱方式,而是對稱分量和不對稱分量的結(jié)合,將要發(fā)生改變,進而影響齒槽轉(zhuǎn)矩。研究表明,當每極槽數(shù)不為整數(shù)時磁極偏移會引入新的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波,除了減小永磁體對稱時存在的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波外,還要減小新引入的低次諧波。文獻針對現(xiàn)有的永磁體偏移角度計算方法存在的不足,推導了磁極偏移時齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達式,提出了確定永磁體偏轉(zhuǎn)角度的新方法,得到的偏轉(zhuǎn)角度對原有齒槽轉(zhuǎn)矩諧波以及新引入的低次諧波都有較好的削弱作用。(4)永磁體形狀優(yōu)化。在表面式永磁電機和無刷直流電機中,瓦形永磁極應用非常廣泛。對于瓦形永磁體而言,可以通過改變永磁磁極的形狀,如永磁體削角將瓦形永磁體由原來的內(nèi)外同心改為內(nèi)外徑不同心,即永磁體不等厚等來改善氣隙磁密的分布,達到削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的目的。(5)不同極弧系數(shù)優(yōu)化組合法。通常情況下,永磁電機各磁極的極弧系數(shù)相等。文獻提出了一種設(shè)計相鄰磁極極弧系數(shù)不等的方法來削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。文中利用基于能量法和傅里葉分解的解析法得到齒槽轉(zhuǎn)矩的表達式,通過分析起作用的氣隙磁密的傅里葉系數(shù),給出了使齒槽轉(zhuǎn)矩最小的極弧系數(shù)組合的確定方法,同時采用全局優(yōu)化與有限元相結(jié)合的方法,進一步獲得最優(yōu)極弧系數(shù)組合,結(jié)果表明該方法可顯著削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。(6)改變永磁體磁化方向。如同改變極弧一樣,改變永磁體磁化方向?qū)X槽轉(zhuǎn)矩的形狀和幅值都有影響。文獻提供了一對永磁體分別采用徑向磁化和平行磁化,而尺寸相同的電機,磁鋼平行磁化比徑向磁化齒槽轉(zhuǎn)矩峰值降低了20%。此外,在國外的一些研究文獻中,Halbach永磁磁化方式也越來越多地應用于一些特殊結(jié)構(gòu)永磁電機的設(shè)計中,提高電機的性能。(7)降低永磁體剩磁強度。齒槽轉(zhuǎn)矩和磁場強度相關(guān)。文獻研究了不同磁場強度下的齒槽轉(zhuǎn)矩,結(jié)果顯示減小永磁體剩磁強度,將會降低齒槽轉(zhuǎn)矩的峰值,但并不影響齒槽轉(zhuǎn)矩的波形。由于電磁轉(zhuǎn)矩直接與永磁體產(chǎn)生的磁通量成正比,磁場剩磁強度的降低,產(chǎn)生的磁通量越少,勢必會減小電機的輸出轉(zhuǎn)矩,因此這種方法只能用于優(yōu)化后輸出轉(zhuǎn)矩的減低不影響整個系統(tǒng)正常運行的情況下使用。2.4最佳氣隙長度的確定氣隙磁密是齒槽轉(zhuǎn)矩的重要影響因素之一,而氣隙長度會影響氣隙磁密的分布。文獻指出改變氣隙長度將會使磁通飽和處的切向力發(fā)生變化。氣隙長度太大或者太小,都會導致齒槽轉(zhuǎn)矩變大。因此,對于一臺永磁電機而言,存在一個最佳的氣隙長度,使得轉(zhuǎn)子的切向力達到很好的平衡,從而達到齒槽轉(zhuǎn)矩最小的目的。但是,改變氣隙長度不僅會影響齒槽轉(zhuǎn)矩,同時也會影響電磁轉(zhuǎn)矩,因此在對電機的氣隙長度進行優(yōu)化時,應綜合考慮其對齒槽轉(zhuǎn)矩和電機輸出轉(zhuǎn)矩的影響。2.5提高電機的極數(shù)和槽數(shù)以抑制齒槽扭矩的目通過前面對齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的機理的分析,可知齒槽轉(zhuǎn)矩可以表示為以轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子槽數(shù)的最小公倍數(shù)為基本周期的頻譜函數(shù)。依據(jù)頻譜函數(shù)的特性,各種頻譜成分中,以基波成分的幅值為最大,其他高次成分一般以頻率的平方成反比例縮小,若基波的頻率較高,其幅度同樣將較低。因此,對于齒槽轉(zhuǎn)矩而言,可通過合理選擇電機的極數(shù)和槽數(shù),提高定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子磁極數(shù)的最小公倍數(shù),即提高齒槽轉(zhuǎn)的基波頻率,從而達到抑制齒槽轉(zhuǎn)矩的目的。合理選擇極數(shù)和槽數(shù)的組合,使得齒槽轉(zhuǎn)矩的基波頻率較高,也就是讓一個齒距內(nèi)齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù)較多,可有效削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。通過式0.75≦s/(2p)≦1.5(其中s、p分別為槽數(shù)和極對數(shù)),可以確定不同的極槽配合方案。文獻針對對稱和不對稱結(jié)構(gòu)的電機齒槽轉(zhuǎn)矩進行了理論分析計算和有限元比較驗證,發(fā)現(xiàn)對于尺寸相同的電機而言,采用不對稱結(jié)構(gòu)可以使得齒槽轉(zhuǎn)矩降低到一個非常小的程度。3轉(zhuǎn)子偏心的影響在工程實際中,永磁電機的加工裝配必然會存在加工誤差。定、轉(zhuǎn)子加工誤差或缺陷的存在將會對齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一定的影響。定子缺陷主要有鐵心偏心、橢圓或硅鋼片材料特性不一致等。它的存在必然影響到氣隙磁導的諧波成分,從而影響齒槽轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子缺陷主要有轉(zhuǎn)子偏心、磁鋼性能離散等,尤其是磁鋼性能離散時,引起的各磁極的磁動勢星形圖不對稱分布,使得永磁體磁動勢平方值的諧波成分發(fā)生變化,從而影響齒槽轉(zhuǎn)矩。定轉(zhuǎn)子偏心有靜態(tài)和動態(tài)偏心之分:靜態(tài)偏心是由于加工工藝的限制,由定子橢圓、定子或轉(zhuǎn)子不正確安裝位置等因素引起的;動態(tài)偏心是由于轉(zhuǎn)子軸彎曲、軸承磨損等因素引起的。定轉(zhuǎn)子偏心的存在導致氣隙不均勻分布,影響氣隙磁場的分布,進而影響齒槽轉(zhuǎn)矩的大小。文獻基于能量法和傅立葉變換,研究了轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心對永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的影響。研究結(jié)果表明,偏心對極數(shù)和槽數(shù)滿足n=ms=2kp(n、m、k為整數(shù))這一特定條件電機的齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值和波形影響很小,而對不滿足條件的電機影響較大。文獻通過解析法和有限元法對比分析了轉(zhuǎn)子偏心對對稱結(jié)構(gòu)和不對稱結(jié)構(gòu)永磁電機性能的影響,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子偏心的存在對對稱結(jié)構(gòu)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩影響不大,而對于不對稱結(jié)構(gòu)電機從幅值和周期上都有很大的影響,尤其是幅值上增加了數(shù)十倍。文獻通過對6極9槽、10極9槽,以及12極9槽三種永磁電機的分析,發(fā)現(xiàn)10極9槽的齒槽轉(zhuǎn)矩理論計算值和實驗值都是最小的。但是,6極9槽和12極9槽電機齒槽轉(zhuǎn)矩的理論計算值與實驗值十分吻合,而10極9槽電機則相反,理論計算值與實驗值在幅值和周期上都不吻合。文獻分析可能是因為10極9槽電機的不對稱結(jié)構(gòu)造成的。4基于磁鏈估計的模型自適應系統(tǒng)除通過優(yōu)化電機本體的結(jié)構(gòu)參數(shù)達到齒槽轉(zhuǎn)矩最小化目的外,還可以從控制策略的角度著眼,通過先進的控制算法對齒槽轉(zhuǎn)矩加以抵消,如依據(jù)經(jīng)典控制理論的諧波電流控制、力矩觀測控制等,是被動式的抑制方法。近幾年來,隨著計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代智能控制理論,如自適應控制、專家系統(tǒng)、模糊控制,以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等,開始深入地應用于電機控制領(lǐng)域。文獻設(shè)計了基于磁鏈估計的模型參考自適應系統(tǒng),通過改變參考電流抑制轉(zhuǎn)矩波動。文獻依據(jù)自適應控制原理,根據(jù)電流和轉(zhuǎn)角計算轉(zhuǎn)矩波動的主要諧波系數(shù),設(shè)計了電磁轉(zhuǎn)矩估計器,從而得到電磁轉(zhuǎn)矩的估計值,并與給定值比較確定電流控制器的輸出電流,實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動最小化的控制。文獻提出了一種瞬時轉(zhuǎn)矩控制方案,即迭代自學習控制。該方法基于一個動態(tài)的轉(zhuǎn)矩控制器和一個傳統(tǒng)的電流控制器,依據(jù)誤差校正算法和記憶的先前控制器輸出信息以及誤差信息,從而更精確地確定可以彌補期望轉(zhuǎn)矩與實際轉(zhuǎn)矩之間誤差的參考電流,達到抑制轉(zhuǎn)矩波動的目的。文獻采用卡爾曼濾波實現(xiàn)抑制轉(zhuǎn)矩波動。該方法通過對轉(zhuǎn)子磁鏈的辨識,接入磁鏈估計器對轉(zhuǎn)子磁鏈進行補償,從而消除轉(zhuǎn)矩波動。結(jié)果表明,該方法能實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動的最小化控制,但是控制較復雜,推廣應用困難。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種基本上不依賴于模