如何通过不对称转子槽设计替代斜槽提升电机效率？

电机制造商的主要目标是改进的电机的性能，例如减少损耗（更高的效率），噪声和振动，今天的汽车制造商已经将重点从效率等级2（EFF21）电机转移到了更高的高效电机，以大大减少电力消耗。感应电机的耗电量约占总能耗的55–65％工业用电量，即使最小的改进降低电机效率（或减少损耗），也可以显著降低能耗，影响未来几年交流感应电机市场。

电机已经非常高效，并且是一项非常成熟的技术，尽管提高这些电机效率的范围似乎很惨淡，但新兴的计算方法，仿真计算能力，制造技术， 材料的进步，增加了这些电机的改进范围。持续不断地努力以提高电机性能，通过使用变频驱动器和高效电机设计来节约整个系统能源的消耗。

斜槽转子可降低噪声和振动水平

电机磁噪声主要来自径向气隙中产生的力，这些力可以表征为旋转在不同的波在空中分布不同间隙周长，这些波段以各种频率在空气中传播间隙，作用于定子和转子，导致变形的径向力。 如4极电机中的4节点振动会产生很大的振动 电磁噪声，现有技术减少磁力和噪声是使用最佳的定子和转子槽组合，并通过使转子倾斜插槽。

引入转子齿槽偏斜可降低噪声和振动水平，但由于叠片之间的交叉电流而增加了杂散损耗，转子导体和叠片会降低电动机的效率。 此外，偏斜转子中感应的电动势比非偏斜转子中的感应电动势要低， 转子导致减小的输出转矩。消除的简单解决方案使转子槽保持平直，并研究新的方法来解决减少的噪音水平。

齿槽偏斜的正弦感应电机

由于开槽，相位不平衡，转子偏心，磁芯叠片的饱和度和磁致伸缩膨胀，会产生感应电机的相关的空谐波场寄生效应。齿槽偏斜是几十年在在感应电机中一直使用的技术 ，转子或定子槽被扭曲以获得更多均匀扭矩，噪音小，电压波形更好，使转子槽倾斜一个定子槽间距是最常见的一种有效的方法。 可以从径向气隙力的形式看出，短路端环和在转子绕组（棒）中循环电流产生感应电动势，这些谐波电流在转子与定子的谐波场相互作用，产生谐波转矩， 振动和电磁噪声。

通过引入偏斜，由磁通量感应的电压沿纵向移动，沿转子导条的电抗会导致转子导条的电抗增加。轴向通量的变化随后增加，因此会带来额外的损失结果，沿转子轴的磁通量变化会感应出电压，因此电流将通过叠片流过钢筋。这个基本现象可以使用上图转子条中的交叉电流进行说明， 其中Φ1和Φ2是封闭的通量，分别表示在回路1和2中。转子偏斜一个定子槽间距，会出现Φ1Φ2，Φ1=Φ2。由于缝隙的轴向变化，谐波磁通被封闭通过转子条，高频电流将在转子条和叠片中流动，这些电流称为条间电流或交叉电流。

上图中交叉电流损耗可能是如果转子倾斜造成的，则总的杂散负载损失，交叉电流损耗各不相同取决于偏斜量，条间电阻（交叉电阻）和 定子/转子槽比，下图为转子齿槽倾斜角度与功率损失。

如何改进齿槽倾斜带来的功率损失

使用齿槽倾斜的优势：磁噪声水平降低， 谐波磁场幅度降低，启动期间同步转矩会降低。不使用齿槽倾斜技术优势：降低了交叉电流。 转子的简化结构， 改进了转子的铸造，改善了功率因数，从而减少了铜损，由于减少了损耗，减小了风扇尺寸。

一种方法是感应电机引入脉宽调制（PWM）逆变器，它的磁噪声高达7 kHz的开关频率可以增加约7至15 dB（A）。 对于7–16 kHz之间的较高开关频率，磁通量会增加噪音较低，通常为2至7 dB。

另一种设计修改，允许转子槽不偏斜，即保持将其直线放置以避免交叉电流损失以及使用非对称转子槽使磁噪声保持在理想水平。不同形状转子槽组合消除或消除产生的有害作用力和噪声成分的可能性，只要适当的组合就可以，如选择转子槽号，考虑磁噪声 ，引入非对称转子槽配置，电机气隙增加，优化定子铁芯以及共振频率等。

结论

自40年代末以来报道广泛，现有的插槽组合是这种优化的最终结果，增加气隙的选择显然不是理想的设计，原因是气隙越小能让任何电动机产生的扭矩。感应电机选择正确的槽组合的研究已经进行，不对称转子是最好的选择设计，通过仿真和实验。优化定子铁芯不是从源头上消除噪音的解决方案 ，但这是一种承受生产后影响的方法， 这不是一个有效的方法。