轉子斜極
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-12
轉子斜極的視頻教程
EasiMotor Online軟件專場培訓（磁路法案例分析永磁同步電機）
1、選擇合適的轉子磁鋼沖片形式（實際沖片和用于計算分析的沖片的差別）； 2、確定繞組類型（集中繞組、分布式繞組等）； 3、正確設置定子斜槽和轉子斜極方式； 4、指定分析工況（電流源、電壓源、id=0或最大轉矩電流比等控制方式）； 5、求解的查看（槽滿率 電阻 電感 電壓 電流 效率 功率因素等性能參數輸出、性能參數曲線、優化結果對比數據等）。
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轉子斜極的實例教程
由于72階電磁力密度最大，重點分析不同斜極方式下72階電磁力對振動噪聲的影響。
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基于ANSYS有限元軟件的振動噪聲仿真分析
為了驗證不同分段斜極方式對電機振動噪聲的影響，應用ANSYS有限元法對PMSM振動噪聲進行仿真分析。該純電動客車驅動用PMSM采用12極72槽的配合方式，轉子分段斜極一個定子齒距5°，分別建立不同方式的轉子分段斜極的電磁模型進行振動噪聲仿真。
2.1 轉子分段斜極方式及段數選取
轉子分段斜極不僅能夠削弱諧波，優化齒槽轉矩和轉矩脈動，還能有效降低徑向電磁力造成的振動噪聲[14]。
轉子斜極方式和分段數的選取均對電機的振動噪聲有影響。本文將轉子鐵心分為6段，對轉子進行
分段不斜極、Z型斜極、單邊斜極和雙邊斜極
的處理，分別對4種轉子進行振動噪聲的仿真分析，如圖3所示。
展開 (2) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對齒槽轉矩的影響，得出當永磁體傾斜角度為4°時齒槽轉矩幅值最小。
(3) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對反電動勢的影響，得出反電動勢基波幅值隨著傾斜角度的增加而下降。波動轉矩系數隨著永磁體傾斜角度的增加逐漸減小，當傾斜角度為6°時，非正弦度系數最小。
(4) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對電磁轉矩的影響，最終本文選取永磁體斜極4°作為所設計的永磁輪轂電機轉子斜極的最佳角度。
(2) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對齒槽轉矩的影響，得出當永磁體傾斜角度為4°時齒槽轉矩幅值最小。
(3) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對反電動勢的影響，得出反電動勢基波幅值隨著傾斜角度的增加而下降。波動轉矩系數隨著永磁體傾斜角度的增加逐漸減小，當傾斜角度為6°時，非正弦度系數最小。
(4) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對電磁轉矩的影響，最終本文選取永磁體斜極4°作為所設計的永磁輪轂電機轉子斜極的最佳角度。
(a) V形反對稱移位斜極
(b) 交叉反對稱移位斜極
圖9 兩種分6段移位斜極二維拓撲結構圖
圖10、圖11和表5為兩種反對稱分布結構軸向電磁力和電磁性能仿真結果。
(a) V形反對稱移位斜極
(b) 交叉反對稱移位斜極
圖10 兩種轉子反對稱分布結構軸向電磁力仿真結果
圖11 兩種轉子反對稱分布結構的轉矩仿真結果
表5 兩種轉子反對稱結構的軸向
電磁力和電磁性能仿真結果
注：諧波含量為反電動勢基波。
由此可見，在相同工況下，由于兩者在徑向上均等效于轉子線性分3段斜極，因此各項電磁性能均較為接近。與線性移位結構相比，V形反對稱和交叉反對稱分布結構的軸向電磁力幅值有明顯下降，并且前者抑制效果更佳，其原因是V形反對稱移位角均為2.5°，沿軸向均勻排布，后者有兩個相鄰5°的移位角，形成較大不平衡的漏磁通，難以完全抵消，導致合成軸向電磁力略大。
4 結 語
通過對永磁轉子分段移位斜極后的磁場分析可知，永磁同步電機軸向電磁力主要由繞組端部漏磁和永磁轉子磁極間的移位漏磁引起；經ANSYS三維電磁有限元仿真實驗表明：永磁轉子移位磁極段間的移位漏磁是產生不平衡軸向電磁力的主要原因。
揭示了電機軸向力與永磁轉子拓撲結構及其移位磁極分塊數和定子電流幅值之間的內在關系：隨著定子電流幅值的增加，軸向電磁力呈線性增大，當電流幅值較大時，磁路出現飽和，軸向電磁力增大速度減緩；轉子線性移位斜極分段數越多、總移位角越大，軸向電磁力亦越大。
展開 2.2 電機斜極設計
定子斜槽或轉子斜極使徑向力沿電機長度方向出現相位移，降低平均徑向力，減小電機振動和噪聲。對轉子進行4 段式斜極優化設計后，純電加速工況下，車內48 階噪聲和電驅總成48 階振動都有明顯的改善，如圖3 和圖4 所示。
圖3 某新能源車電機斜極優化前后車內48 階噪聲對比
圖4 某新能源車電機轉子斜極優化前后電驅48 階振動對比
2.3 齒輪改進
純電模式下，整車以60～20 km/h 的速度帶擋滑行，電驅27 階嘯叫明顯，如圖5 所示，識別為減速器1 級傳動齒輪嚙合階次。通過對此齒輪進行修形，使其接觸斑更合理，同時為齒輪輪輻增加減重孔。優化后，27 階嘯叫改善整體均超過10 dB；54 階噪聲在3 000 r/min以上轉速段改善明顯（約4～6 dB），如圖5 所示。齒輪修形要兼顧不同工況和階次優化，盡量改善多數工況嘯叫，且不能使某一工況或階次大幅惡化。
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考慮轉子偏心的振動噪聲分析
電機本體+減速器振動噪聲分析
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劉士興[1]利用Ansoft軟件建立了9槽6極永磁同步電機的有限元模型，并通過對徑向電磁力仿真分析后提出了定子齒削角、轉子不均勻氣隙、提高定子模態頻率、轉子分段斜極等降低振動的優化方案。申秀敏[2]以電動汽車驅動用永磁同步電機為研究對象，從定子表面的電磁力波和定子的結構模態兩方面入手進行分析，得出電機噪聲的產生主要是由于徑向電磁力激起了定子結構的共振。
該純電動客車驅動用PMSM采用12極72槽的配合方式，轉子分段斜極一個定子齒距5°，分別建立不同方式的轉子分段斜極的電磁模型進行振動噪聲仿真。
2.1 轉子分段斜極方式及段數選取
轉子分段斜極不僅能夠削弱諧波，優化齒槽轉矩和轉矩脈動，還能有效降低徑向電磁力造成的振動噪聲[14]。
轉子斜極方式和分段數的選取均對電機的振動噪聲有影響。
文獻[4]指出電磁振動是定子與轉子間徑向力、切向力的脈動引起的；文獻[5]研究了轉子不同斜極方式對電機電磁力的影響,發現轉子斜極可以有效降低徑向力波,機械噪聲主要由減速器齒輪嚙合和控制器結構振動所產生。
現有研究表明，轉子分段斜極對抑制齒諧波電勢、各階次諧波以及齒槽轉矩均有明顯作用，因而對改善低速區扭矩問題有顯著效果。與此同時，寶馬工程師研究對比了不同斜極形式下，零階激勵與結構零階模態共振峰位置及幅值影響。揭示了徑向力相位對零階共振的影響。
當磁極分段數為K’時,轉子分段斜極后徑向電磁力波的平均值凡為feq
式中:fv、v\ωv和?v分別為徑向電磁力波的幅值、階次、電角頻率和相位角;θ為機械角度Ksk為轉子分段的斜極系數，表達式為
式中:LCM為最小公倍數函數;ξ為齒諧波階數;Ns為定子槽數;P為極對數。
2.2 電機斜極設計
定子斜槽或轉子斜極使徑向力沿電機長度方向出現相位移，降低平均徑向力，減小電機振動和噪聲。
(4) 通過有限元軟件計算了轉子斜極對電磁轉矩的影響，最終本文選取永磁體斜極4°作為所設計的永磁輪轂電機轉子斜極的最佳角度。
圖15 150kW電驅平臺
表4 150kW電驅平臺參數
5.3 150kW同軸電驅動橋
技術特點：
同軸式設計，尺寸更緊湊，易于整車布置；
高強度結構，與電機、橋管集成一體式設計，可搭載3.5t以下皮卡、廂貨等商用車；
驅動電機發卡式扁線繞組，高槽滿率，高效率軸承，少油量，總成最高效率93% ；
驅動電機定子低諧波繞組結構，轉子三段斜極式
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