表贴式永磁同步电机解析建模与极槽配合选取

杜 刚，邓兆祥，张河山，杨明磊，唐小丽

(1.重庆大学 汽车工程学院，重庆 400044；2.重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074；3.同济大学 汽车学院，上海 201804；4.东风小康汽车有限公司，重庆 405321)

永磁同步电机具有优良的动力输出性能和效率高等特点，在电动汽车领域得以广泛应用[1]，而极槽配合对电机的齿槽转矩、振动噪声、输出转矩及其波动等有重要的影响[2]。相关文献资料大多给出的是指导性规则和常用的极槽配合[3]，对高性能驱动电机，需要更加合理地选取极槽配合。

目前，国内外主要基于有限元法来研究不同极槽配合的电机性能。Liu等[4]建立了一种考虑槽开口和最大绕组系数的绕组函数，并借助有限元对比分析了不同极槽配合永磁电机的性能。Carraro等[5]讨论了永磁体性能和八种极槽配合对永磁电机转矩密度、齿槽转矩、转矩脉动和成本等的影响，并提出了一种基于有限元的优化设计程序。Wang等[6]利用有限元法分析了18槽10极电机绕组系数，并与传统的极槽配合对比分析了反电势、齿槽转矩、输出转矩和转矩脉动等性能。有限元法虽能计算复杂模型，但需重复建模，计算周期长；解析法可灵活调整解析模型任意结构参数，计算周期短，电磁参数等物理关系清晰，更加适合电机的初始设计[7]，但同样对解析模型拓扑结构的完整性和精确性提出了更高的要求。Yin和Wu等[8-9]提出了一种子域与磁路混合模型，考虑了电机铁芯磁饱和，未定义定子齿尖。Zhu等[10]将电机划分为多个求解域并建立了矢量磁位方程，能够计算任意极槽数的永磁电机空载性能，但未考虑定子齿尖的影响。……