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摘要：随着科技的不断进步，运用到永磁同步电机的产品实际使用性能逐渐提升，促使永磁同步电机的结构不断优化。本文首先介绍了永磁同步电机中存在的一些问题，然后针对转子表面开辅助槽对电机齿槽转矩的影响进行了深入研究，分析了开辅助槽的原理、优化方法，构建了电磁仿真模型，通过对模型参数的不断优化，最终得到电机的最优性能。
关键词：永磁同步电机;转子表面辅助槽;齿槽转矩
近年来，永磁同步电机的研发，相比于传统的电机，具有更多的优势性能，能够运用在机床、工业机器人、半导体行业等领域。永磁同步电机的高转矩、高功率密度，能够实现传统电机不具备的技术特点。在永磁同步电机的设计研究过程中，结构设计的不细致，能够对电机的齿槽转矩产生重要影响，从而引发噪声问题。针对永磁同步电机的齿槽转矩影响因素进行分析，对材料和构造等进行深入研究。通过改变这些影响因素控制齿槽转矩，从而进一步优化永磁同步电机的实际性能。在确保永磁同步电机的性能不降低的情况下，对制作材料和结构就进行升级，采用转子开辅助槽的方法对齿槽转矩进行优化。本文首先分析了转子开辅助槽对电机齿槽转矩性能的影响原理，然后以一台8极12槽的永磁同步电机为例，通过优化辅助槽的数量和位置，对比电机齿槽转矩性能的变化，最终获得最优解。
1、辅助槽优化原理
在永磁同步电机的优化过程中，要根据电机的内部结构进行分析。由于永磁同步电机中的表面辅助槽在工作时，材料会发生相应改变，会使定子齿与槽的转矩增大，促使磁场发生改变，而影响齿槽转矩的变化。永磁材料与齿槽之间产生的作用，使转子能够定位在固定的方位，形成相对的位置，如图1所示。根据图中所标注的中心线，可以按照公式进行运算，得出齿槽转矩的角度。在辅助槽进行工作时，辅助槽的内部构造都能够对齿槽转矩产生影响。当辅助槽的内部较小时，对齿槽转矩的实际改善作用不强;当辅助槽的内部较大时，会使转子的工作效果发生变化。由于转子的工作状态受到多种因素的作用，不能用公式精确的计算出结果。所以，只有使用有限元方法能够得出齿槽转矩的数据[1]。
2、建模与仿真
本文通过软件建模的方式，对永磁同步电机转子表面辅助槽对齿槽转矩影响进行研究。在基槽合理的配合下，通过改变转子表面辅助槽的途径来改变齿槽转矩[2]。
2.1电动机有限元模型构建
通过构建一台8极12槽的永磁电动机的有限元模型，对模型的参数进行分析，如表1所示。在永磁同步电机的模型构建中，使用手动的方式对磁场网格进行分类，要均匀的进行分配，当分配不合理时，网格太大会使数据运算出现失误，网格太小会使运算的过程太复杂。
2.2齿槽转矩计算
设定仿真实验的电流，使永磁同步电机处于低速、正常运行的条件。在确保转子转速正常的情况下，修改齿槽气隙，使气隙的数据为0.8mm，对气隙进行均匀的网格分類，分成4组网格，平均每个为0.2mm，并且运算得出定子的角度。为了保证实验数据的准确性，将实验的时长设置为固定步长，确保永磁同步电机的运行可以在15s内完成数据测算[3]。
3、仿真结果与优化
3.1转子结构优化设计
转子结构内部优化可以改变电机内的气隙布局，由此改善电机性能。本文通过转子表面开槽的方法，改变转子的工作情况。这样的方式可以有效的改变气隙的磁密度，从而达到优化转子结构的效果[4]。本文首先通过模拟软件对电机进行二维建模，然后对电机的齿槽转矩进行研究，选择合适的参数对辅助槽进行优化设计。在转子表面开槽后，通过观察齿槽转矩和气隙磁密对比图，发现磁密的变化能够控制齿槽转矩的波形变化。开槽后的电机气隙磁密降低，从而减少了齿槽转矩值，对比未开辅助槽前的电机齿槽转矩值降低近50%。
3.2辅助槽个数对齿槽转矩的影响
在仿真实验过程中，为了提高实验的准确性，对转子表面辅助槽的个数进行设置。不同数量的辅助槽会对齿槽转矩产生不同的影响。如图2所示，观察数据发现，当辅助槽的数量为16时，对应的齿槽转矩值最低。所以针对本文所述电机认为辅助槽的数量是16时，对齿槽转矩的影响最大。
3.3辅助槽位置对齿槽转矩的影响
根据仿真实验的模型对比，观察如图3所示的模型情况。将圆弧中点设置为中心点，根据中心点位置衍生出夹角，再通过遗传算法公式计算，对齿槽转矩进行不断的升级和改善，以减少噪音等不良因素对永磁同步电机的影响。按照公式运算可以选出最大数值和最小数值，以及齿槽转矩的理想正弦波，对所得出的数据进行进一步研究以获得实验结果。辅助槽的位置可以对齿槽转矩产生重大影响。
3.4辅助槽深度对齿槽转矩的影响
在仿真模型的测试过程中，保证永磁同步电机的其他参数相同的条件下，随着转子辅助槽半径的增大，会使齿槽转矩变小，从而得出辅助槽深度能够影响齿槽转矩的结果。当齿槽转矩的数值最低，转子辅助槽半径逐渐增大，就会使齿槽转矩由高变低的发生改变。这是由于在辅助槽的作用下，电机产生了漏磁现象。转子工作时会产生断裂的问题，所以不参与仿真实验的研究。经过仿真分析发现，辅助槽的深度合理时，齿槽转矩能够产生优化效果。
3.5对齿槽转矩的优化对比
仿真实验中，对永磁同步电机的齿槽转矩进行优化，可以通过参数和数据进行对比，具体如图4所示。
根据图4可以看出，齿槽转矩的优化前后发生了很大的变化，能够达到优化的目的[6]。在转子的作用下，辅助槽的角度和深度都会产生影响。根据仿真模型的数据，可以得出结论，永磁同步电机的转子表面可在合理的位置设置辅助槽，能够有效作用在齿槽转矩上，使电机的性能得到优化。为了实现实验的目的，根据实验所得的数据，可以通过公式进行运算，对运算结果进行判断，辅助槽的参数能够影响电机的实际性能。转子表面设置辅助槽，会对气隙的磁密数值产生波动，会改变原有的气隙磁密布局，从而产生齿槽转矩的优化效果。齿槽转矩优化后，转子辅助槽促使气隙逐渐变稳定，并且辅助槽可以降低磁密的影响力，提高磁密的平稳度。根据仿真实验的参数分析，可以明显看出优化后的永磁同步电机，在其他条件不改变的情况下，能够提高电机的使用性能。
4、结束语
永磁同步电机的深入研究有利于进一步提高电机的使用性能，能够扩大永磁同步电机的应用领域。本文阐述了电机转子开辅助槽的工作原理，分析了影响齿槽转矩的多种因素，通过构建仿真模型，优化了永磁同步电机的齿槽转矩性能研究。经过实验数据分析，能够看出齿槽转矩与转子表面辅助槽具有一定的关系，在合理的位置增设辅助槽，能够对齿槽转矩产生一定程度的优化，能够促使永磁同步电机性能的提升。基于经验公式，对仿真模型的参数进行运算，可以得出齿槽转矩的运算方法。本文以一台8极12槽的永磁同步电机为例，分析了转子表面辅助槽的作用，通过优化辅助槽的数量、位置和深度降低电机齿槽转矩，从而提升电机性能。
参考文献
[1] 贺小克，沈建新. 表面式永磁同步电机转子辅助槽对转矩的影响[J]. 微电机，2018，51（ 1） ： 1-4，28.
[2] 杜晓彬，黄开胜，黄 信. 基于谐波分析的永磁电机齿槽转矩抑制[J]. 微特电机，2019，47（ 1） ： 37-40.
[3] 梅柏杉，王 冬，张翔健. 一种优化永磁同步电机转子削弱齿槽转矩研究[J].微特电机，2018，46（ 10） ： 38-41.
关键词：永磁同步电机;转子表面辅助槽;齿槽转矩
近年来，永磁同步电机的研发，相比于传统的电机，具有更多的优势性能，能够运用在机床、工业机器人、半导体行业等领域。永磁同步电机的高转矩、高功率密度，能够实现传统电机不具备的技术特点。在永磁同步电机的设计研究过程中，结构设计的不细致，能够对电机的齿槽转矩产生重要影响，从而引发噪声问题。针对永磁同步电机的齿槽转矩影响因素进行分析，对材料和构造等进行深入研究。通过改变这些影响因素控制齿槽转矩，从而进一步优化永磁同步电机的实际性能。在确保永磁同步电机的性能不降低的情况下，对制作材料和结构就进行升级，采用转子开辅助槽的方法对齿槽转矩进行优化。本文首先分析了转子开辅助槽对电机齿槽转矩性能的影响原理，然后以一台8极12槽的永磁同步电机为例，通过优化辅助槽的数量和位置，对比电机齿槽转矩性能的变化，最终获得最优解。
1、辅助槽优化原理
在永磁同步电机的优化过程中，要根据电机的内部结构进行分析。由于永磁同步电机中的表面辅助槽在工作时，材料会发生相应改变，会使定子齿与槽的转矩增大，促使磁场发生改变，而影响齿槽转矩的变化。永磁材料与齿槽之间产生的作用，使转子能够定位在固定的方位，形成相对的位置，如图1所示。根据图中所标注的中心线，可以按照公式进行运算，得出齿槽转矩的角度。在辅助槽进行工作时，辅助槽的内部构造都能够对齿槽转矩产生影响。当辅助槽的内部较小时，对齿槽转矩的实际改善作用不强;当辅助槽的内部较大时，会使转子的工作效果发生变化。由于转子的工作状态受到多种因素的作用，不能用公式精确的计算出结果。所以，只有使用有限元方法能够得出齿槽转矩的数据[1]。
2、建模与仿真
本文通过软件建模的方式，对永磁同步电机转子表面辅助槽对齿槽转矩影响进行研究。在基槽合理的配合下，通过改变转子表面辅助槽的途径来改变齿槽转矩[2]。
2.1电动机有限元模型构建
通过构建一台8极12槽的永磁电动机的有限元模型，对模型的参数进行分析，如表1所示。在永磁同步电机的模型构建中，使用手动的方式对磁场网格进行分类，要均匀的进行分配，当分配不合理时，网格太大会使数据运算出现失误，网格太小会使运算的过程太复杂。
2.2齿槽转矩计算
设定仿真实验的电流，使永磁同步电机处于低速、正常运行的条件。在确保转子转速正常的情况下，修改齿槽气隙，使气隙的数据为0.8mm，对气隙进行均匀的网格分類，分成4组网格，平均每个为0.2mm，并且运算得出定子的角度。为了保证实验数据的准确性，将实验的时长设置为固定步长，确保永磁同步电机的运行可以在15s内完成数据测算[3]。
3、仿真结果与优化
3.1转子结构优化设计
转子结构内部优化可以改变电机内的气隙布局，由此改善电机性能。本文通过转子表面开槽的方法，改变转子的工作情况。这样的方式可以有效的改变气隙的磁密度，从而达到优化转子结构的效果[4]。本文首先通过模拟软件对电机进行二维建模，然后对电机的齿槽转矩进行研究，选择合适的参数对辅助槽进行优化设计。在转子表面开槽后，通过观察齿槽转矩和气隙磁密对比图，发现磁密的变化能够控制齿槽转矩的波形变化。开槽后的电机气隙磁密降低，从而减少了齿槽转矩值，对比未开辅助槽前的电机齿槽转矩值降低近50%。
3.2辅助槽个数对齿槽转矩的影响
在仿真实验过程中，为了提高实验的准确性，对转子表面辅助槽的个数进行设置。不同数量的辅助槽会对齿槽转矩产生不同的影响。如图2所示，观察数据发现，当辅助槽的数量为16时，对应的齿槽转矩值最低。所以针对本文所述电机认为辅助槽的数量是16时，对齿槽转矩的影响最大。
3.3辅助槽位置对齿槽转矩的影响
根据仿真实验的模型对比，观察如图3所示的模型情况。将圆弧中点设置为中心点，根据中心点位置衍生出夹角，再通过遗传算法公式计算，对齿槽转矩进行不断的升级和改善，以减少噪音等不良因素对永磁同步电机的影响。按照公式运算可以选出最大数值和最小数值，以及齿槽转矩的理想正弦波，对所得出的数据进行进一步研究以获得实验结果。辅助槽的位置可以对齿槽转矩产生重大影响。
3.4辅助槽深度对齿槽转矩的影响
在仿真模型的测试过程中，保证永磁同步电机的其他参数相同的条件下，随着转子辅助槽半径的增大，会使齿槽转矩变小，从而得出辅助槽深度能够影响齿槽转矩的结果。当齿槽转矩的数值最低，转子辅助槽半径逐渐增大，就会使齿槽转矩由高变低的发生改变。这是由于在辅助槽的作用下，电机产生了漏磁现象。转子工作时会产生断裂的问题，所以不参与仿真实验的研究。经过仿真分析发现，辅助槽的深度合理时，齿槽转矩能够产生优化效果。
3.5对齿槽转矩的优化对比
仿真实验中，对永磁同步电机的齿槽转矩进行优化，可以通过参数和数据进行对比，具体如图4所示。
根据图4可以看出，齿槽转矩的优化前后发生了很大的变化，能够达到优化的目的[6]。在转子的作用下，辅助槽的角度和深度都会产生影响。根据仿真模型的数据，可以得出结论，永磁同步电机的转子表面可在合理的位置设置辅助槽，能够有效作用在齿槽转矩上，使电机的性能得到优化。为了实现实验的目的，根据实验所得的数据，可以通过公式进行运算，对运算结果进行判断，辅助槽的参数能够影响电机的实际性能。转子表面设置辅助槽，会对气隙的磁密数值产生波动，会改变原有的气隙磁密布局，从而产生齿槽转矩的优化效果。齿槽转矩优化后，转子辅助槽促使气隙逐渐变稳定，并且辅助槽可以降低磁密的影响力，提高磁密的平稳度。根据仿真实验的参数分析，可以明显看出优化后的永磁同步电机，在其他条件不改变的情况下，能够提高电机的使用性能。
4、结束语
永磁同步电机的深入研究有利于进一步提高电机的使用性能，能够扩大永磁同步电机的应用领域。本文阐述了电机转子开辅助槽的工作原理，分析了影响齿槽转矩的多种因素，通过构建仿真模型，优化了永磁同步电机的齿槽转矩性能研究。经过实验数据分析，能够看出齿槽转矩与转子表面辅助槽具有一定的关系，在合理的位置增设辅助槽，能够对齿槽转矩产生一定程度的优化，能够促使永磁同步电机性能的提升。基于经验公式，对仿真模型的参数进行运算，可以得出齿槽转矩的运算方法。本文以一台8极12槽的永磁同步电机为例，分析了转子表面辅助槽的作用，通过优化辅助槽的数量、位置和深度降低电机齿槽转矩，从而提升电机性能。
参考文献
[1] 贺小克，沈建新. 表面式永磁同步电机转子辅助槽对转矩的影响[J]. 微电机，2018，51（ 1） ： 1-4，28.
[2] 杜晓彬，黄开胜，黄 信. 基于谐波分析的永磁电机齿槽转矩抑制[J]. 微特电机，2019，47（ 1） ： 37-40.
[3] 梅柏杉，王 冬，张翔健. 一种优化永磁同步电机转子削弱齿槽转矩研究[J].微特电机，2018，46（ 10） ： 38-41.