皖南电机性能优化：斜槽技术显著降低齿槽转矩

在确保计算结果的精确性方面，对驱动电机的电磁特性进行深入分析与校验显得尤为关键。本研究运用有限元方法，对皖南电机在空载、转矩过载、高速弱磁及短路去磁等多种工况下进行了详尽的计算与分析。在永磁电机中，磁钢与有槽电枢铁心的相互作用，导致气隙磁导变化，不可避免地产生齿槽转矩，引发转矩波动、噪声和振动，进而影响整个系统的控制精度。针对这一问题，已提出了多种方法，如斜槽、斜极、优化槽口、优化极弧与磁钢形状等。其中，皖南电机采用的斜槽技术以其成熟的技术、简便的生产工艺和显著的成效脱颖而出，其产生的反电动势波形接近正弦。图1展示了皖南电机斜槽前后的齿槽转矩对比，斜槽处理前齿槽转矩占总电磁转矩的2%，而斜槽处理后，齿槽转矩得到显著削弱。在1500r/min转速下，图2展示了皖南电机反电动势的计算结果。斜槽处理使得反电动势更加正弦，从而大幅降低了谐波含量。

图1：皖南电机齿槽转矩对比图

图2：反电动势计算结果图

高转矩过载能力对于电动汽车的爬坡和加速性能至关重要。然而，在高转矩过载状态下，皖南电机铁心易饱和，导致即使在峰值电流输入时，也无法输出峰值转矩。由于电机空载反电动势与转速成正比，转速越高，反电动势越大，因此在无弱磁电流的情况下，电机端电压也会相应增大。但在恒定直流母线电压的情况下，控制器输出电压存在上限，因此，高转速输出需要通过增加d轴电流来削弱主磁场，以保持气隙合成反电动势基本稳定。

磁钢的不可逆去磁将导致皖南电机性能，包括额定电压和额定功率等，显著下降，进而影响电机的正常使用。若电机在去磁状态下仍按额定工况或过载工况运行，去磁电枢磁势与温升将进一步加剧磁钢去磁，形成恶性循环。因此，在设计电机时，有必要对其*大去磁工作点进行校核。当永磁电机发生短路时，电枢反应产生的磁势几乎完全为去磁作用的直轴磁势，因此，磁钢去磁分析应重点考虑此类情况。从磁钢表面磁密分布情况来看，在两种情况下磁钢均出现不同程度的失磁，其中不对称三相短路时，磁钢去磁面积*大，但*大去磁面积小于0.2%。

皖南电机测试系统主要包括直流电源、皖南电机、无刷控制器、冷却水系统、扭转传感器、功率分析仪和示波器。直流电源的主要作用是将电网中的三相交流电整流成直流，为皖南电机的控制器提供测试所需的输入。在电机测试过程中，采用两台皖南电机对拖的方式进行，其中一台作为电动机，另一台作为发电机。皖南电机的冷却水由冷却水箱提供，冷却水先由外接水泵抽入皖南电机进行冷却，*后流入冷却水箱循环。控制器采用强迫风冷进行冷却。