2023年3月电工技术学报Vol.38No.6第38卷第6期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMar.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220613基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱李泽星1夏加宽1刘铁法2郭志研1鲁冰娜1（1.沈阳工业大学电气工程学院沈阳1108702.中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110169）摘要局部切向电磁力波会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部径向振动，其对振动的贡献可以与径向电磁力波比拟。针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波，提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法，该方法可在保证电机转矩密度的前提下，有效削弱局部切向电磁力引起的振动。首先，推导了作用于定子齿部的切向集中力模型，并以一台10极12槽永磁电机为例，分析了局部切向电磁力引起振动的原因。然后，基于有限元模型，分析了分段交错梯形磁极对局部切向电磁力的削弱机理，并对比了优化前后电机的径向力波、电磁转矩以及振动频谱。结果表明，分段交错梯形磁极结构对径向力、切向力均有显著的抑制作用。最后，对优化前后的样机进行振动实验，验证了优化方案的有效性。关键词：局部切向电磁力分数槽集中绕组永磁同步电机分段交错梯形磁极有限元模型中图分类号：TM3510引言分数槽集中绕组永磁电机具有结构简单、功率密度高、效率高等优点，被广泛用于水下航行器推进系统[1-2]。然而，隐蔽性作为水下航行器的重要指标，容易受到永磁电机低频振动噪声的影响[3]。分数槽集中绕组永磁电机的激振源主要包括径向电磁力与切向电磁力。其中，切向电磁力分为全局切向电磁力和局部切向电磁力，局部切向电磁力指作用于单齿的切向力，全局切向电磁力是局部切向电磁力的周向积分，包括齿槽转矩与转矩脉动[4]。文献[5]分析了一台10极45槽永磁电机的振动特性，认为径向力波是引起电机振动的主要原因。文献[6]对一台6极36槽永磁电机极频振动原因进行研究，结果表明，径向电磁力的波动是导致极频振动的主要原因。文献[7-8]通过削弱齿槽转矩来降低振动，认为齿槽转矩是主要的激振源。综上所述，激振源的研究以径向力与全局切向力为主，忽略了局部切向力。事实上，局部切向电磁力也会引起电机振动[9]。在分数槽永磁电机中，局部切向电磁力会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部发生径向振动，其在低频段对振动的贡献可以与径向电磁力相比拟[10]。因此，针对局部切向电磁力的分析和削弱是十分必要的。目前，国内外已有许多学者对电机振动噪声的削...
