表貼式無刷電機磁鋼寬度的選擇與分析
李新華，莊百興
(1．湖北工業大學，湖北武漢432200；2．東莞市阪神電機有限公司，廣東東莞523018)
摘要：文章分析了表貼式無刷電機轉子磁鋼寬度與氣隙磁密波形的關系，推導了磁鋼采用平行邊切割工藝條件下氣隙磁密的計算公式，樣機繞組反電動勢試驗波形驗證了相關結論的正確性。
關鍵詞：無刷電機；磁鋼寬度；氣隙磁密：夏電動勢
0引言
三相永磁無刷直流電機通常采用兩兩導通、方波電流方式。兩兩導通模式下，理論上要求三相無刷直流電機每相繞組反電動勢波形為方波或者梯形波，且波形平項部分寬度達到1200電角度以上。而當平頂部分寬度不夠時．會導致通入的方波電流產生脈動，如圖1所示，從而導致產生電磁轉矩脈動，最終引起電機的振動和噪聲。所以，在方波無刷電機設計時，需要重點考慮反電動勢波形平頂部分的寬受。
氣隙磁密波形是影響繞組反電動勢波形的一個直接原因。由于工藝簡單，工程應用中廣泛采用表貼式磁鋼轉子結構，而磁鋼的形狀和寬度的選擇，直接的影響電機氣隙磁密波形。本文在解析法的基礎上，分析了磁鋼寬度變化對反電動勢波形的影響，得出磁鋼寬度的選擇依據，并用樣機試驗波形驗證了相關結論。
1磁鋼寬度與氣隙磁密波形的關系
1 .1瓦形徑向充磁磁鋼
對于表貼式永磁無刷電機，其磁鋼充磁方向主要為徑向充磁和平行充磁兩種。無刷直流電機為了獲得足夠的極弧寬度，一般都采用徑向充磁方式，以達到氣隙磁密波形為方波的效果。本文正是以徑向充磁釹鐵硼磁鋼為出發點進行討論和分析。
1 2分析假設
本文分析模型基于2極3槽單元電機結構，試驗樣機為8極12槽內轉子結構。分析時做如下假設：
①不考慮電機齒槽效應，用卡特系數考
慮開槽影響；
②忽略端部效應，采用二維模型分析；
⑧電機鐵心磁導率視為無窮大；
④分析區域電導率視為零；
⑤磁鋼各向同性，退磁曲線為線性。
1. 3氣隙磁密的計算
文獻[1]推導了一種半解析法計算氣隙磁密的方法，其基本思
想是利用等效電流源替代永磁體所產生磁場，分析模型如圖3。
圖中，a為定子內徑，b為轉子鐵心外徑，rl、r2分別為磁鋼內
外表面圓弧的半徑。
根據此模型可以推導出氣隙磁密表達式為
其中
式中，p——極對數；a——永磁體極弧角；x——永磁體極化系數；B，——永磁體剩磁。
1 4改進氣隙磁密計算方法
模型使用如圖4b理想等厚瓦形磁鋼進行推導，而在工程應用中，為了降低磁鋼加工成本，磁鋼則采用等徑平行邊切割，如圖4a圖所示。
對于等徑磁鋼，其磁鋼厚度是不均勻的，對稱中心線處的厚度****。但這種差異并不顯著，雖會影響Bmax但對氣隙磁密波形影響甚小，仍可以使用式(1)分析。但是，實際磁鋼的上下兩表面的極弧寬度不一致，則不能簡單忽略。因為單獨按照某一面的寬度進行計算勢必產生誤差，從而影響氣隙磁密波形的寬度，因此需要對上式進行修正。考慮磁鋼上下極弧寬度不一致時，氣隙磁密的表達式為
式中，
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