针对变频驱动下双斜槽转子感应电机振动性能研究的不足，合肥工业大学电气与自动化工程学院、合肥工业大学智能制造技术研究院的鲍晓华、明帅、陈国玮、刘佶炜，在2023年第10期《电工技术学报》上撰文，对变频驱动下双斜槽转子感应电机的径向电磁力展开研究，发现双斜槽转子结构能够有效地削弱由变频供电引入的部分高频附加径向电磁力。
笼型感应电机具有结构简单、制造成本低、维护简单、运行可靠性高等优点，是新能源汽车电驱系统的重要电机类型。随着我国国民生活质量的提高及新能源汽车技术和市场的日趋成熟，变频感应电机的低振动噪声性能已经成为衡量新能源电动汽车舒适性能的一项重要指标。
感应电机通常采用转子单斜槽来降低振动噪声，但仍满足不了一些特殊场合的需求，且带来了轴向力的不利影响。因此有学者提出了双斜槽转子结构。变频供电的电流谐波对电机的振动噪声有重要的影响，受到了国内外学者的广泛关注。相关研究主要分别关注双斜槽转子结构或变频器供电对感应电机振动性能的影响，未对二者同时存在的情况进行过分析。
图1 双斜槽转子实物
针对以上不足，合肥工业大学的研究人员对变频供电下双斜槽转子的气隙径向电磁力特性展开了细致的研究。他们首先从变频器的输出谐波特性出发，采用解析法分析了气隙磁通密度成分，并通过分析各个磁通密度谐波的相互作用得到了径向电磁力的幅值、阶次、频率的表达式。然后采用分层有限元法结合二维快速傅里叶分解，得到了平均径向电磁力的时空分布频谱。通过不同供电方式与不同转子结构下气隙径向电磁力的对比，发现双斜槽转子结构能够有效地削弱由变频供电引入的部分高频附加径向电磁力。
图2 双斜槽转子削弱谐波的原理
研究人员表示，变频供电不会改变径向电磁力的空间阶次，但会引入新的高频径向电磁力。另外，主波磁场和附加主波磁场相互作用产生的径向电磁力及附加主波与饱和谐波相互作用产生的径向电磁力不会被双斜槽的结构削弱，因此在开关频率附近存在较大的径向电磁力，使得电机在该频率点处振动幅值增加。
图3 双斜槽样机
图4 双斜槽样机试验平台
他们进一步指出，与变频器引入的附加转子磁导谐波相互作用所产生的径向电磁力，及转子谐波与附加定子谐波相互作用所产生的径向电磁力，可以被双斜槽结构有效的削弱。其中幅值最大的径向电磁力波削弱也最明显，从1092 Pa降低到136 Pa，降低了956 Pa。因此在远离开关频率处电机机壳的振动特性与正弦供电下的机壳振动特性基本相同。
该成果为进一步的变频驱动下双斜槽感应电机噪声的研究及其故障诊断技术奠定基础。本工作发表在2023年第10期《电工技术学报》，论文标题为“变频驱动下双斜槽转子感应电机径向电磁力特性分析”。本课题得到国家自然科学基金、安徽省科技重大专项和合肥工业大学智能制造技术研究院2019年度智能网联及新能源汽车技术科技成果转化及产业化专项资金的支持。