通过定子优化提升外转子无刷直流滑板车电机的性能 Berk Demirsoy 和 Mucahit Soyaslan

《Electronics》：Performance Enhancement of an Outer Rotor Brushless DC Scooter Motor Through Stator Optimization Berk Demirsoy and Mucahit Soyaslan

　　

摘要

本研究针对一款用于电动滑板车的350瓦、27槽、30极外转子无刷直流（BLDC）电机，从定子的角度进行了电磁优化。与传统通过改变转子拓扑结构或整体电机尺寸的重新设计方法不同，所提出的方法保留了经过商业验证的参考电机的转子结构和外部几何形状，并主要通过优化定子几何形状来提升性能，同时对绕组配置进行了少量调整。采用了两阶段优化策略，结合了参数分析和基于遗传算法（GA）的多目标优化，以最小化齿槽转矩和转矩波动，同时最大化效率。通过有限元分析（FEA）评估了反电动势（back-EMF）特性、磁通密度分布、转矩行为和电流密度。实验验证表明：齿槽转矩降低了54.86%（从257 mNm降至116 mNm），转矩波动减少了19.6%，最大电流密度降低了6.17%，在额定负载范围（5.2–6.45 Nm）内效率提高了2–3%，在350瓦输出功率时效率达到了85.69%。结果表明，系统的定子几何优化结合少量的绕组修改，可以在不增加电机尺寸、额定功率或制造复杂性的情况下，显著提升效率、转矩平滑度和热裕度。这项工作为轻型电动汽车（LEV）推进系统中的高性能外转子BLDC电机提供了一种实用且可制造的设计路径。