基于有限元法的新型軸向磁場磁通切換型
永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩分析
張磊，林明耀，李鑫
（東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，南京210096）
摘要：永磁電機中永磁體與有槽電樞鐵心之間的相互作用，產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩，引起電機振動和噪聲。文章采用全場域三維有限元分析方法，對軸向磁場磁通切換型永磁(affspm)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩進行了仿真計算，研究了影響affspm電機齒槽轉(zhuǎn)矩的因素，給出了削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的有效方法，為電機的****設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：軸向磁場；磁通切換；永磁電機；齒槽轉(zhuǎn)矩；三維有限元分析
中圖分類號：tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)03-0018-03
0引 言
齒槽轉(zhuǎn)矩的存在，給永磁電機尤其是高精度永磁電機的性能帶來了不利的影響，導(dǎo)致電機運
行中產(chǎn)生振動、噪聲或起動困難等。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機必須克服齒槽轉(zhuǎn)矩才能正常起動和運行。齒槽轉(zhuǎn)矩的大小是衡量風(fēng)力發(fā)電機性能好的重要指標。相關(guān)文獻對齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生、計算和削弱方法進行了研究，取得了大量成果。z．qzhu和s．m．hwang等人推導(dǎo)了永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達式[2_5]，山東大學(xué)王秀和教授等分析了永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱方法[6-8]。然而，上述文獻的研究是針對單定子永磁電機的。本文以一臺三相12/10極affspm電機為例，采用全場域三維有限元法，對齒槽轉(zhuǎn)矩進行計算，分析了影響齒槽轉(zhuǎn)矩的主要因素．在此基礎(chǔ)上，得到了削弱affspm電機齒槽轉(zhuǎn)矩的有效方法，為該電機的設(shè)計和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。分析中，通過在電機外圍加空氣罩來計及電機外圍漏磁的影響，使建立的有限元模型更接近實際情況。
1電機結(jié)構(gòu)
所研究的affspm電機樣機由兩個相同結(jié)構(gòu)的定子和一個轉(zhuǎn)子組成。每個定子由l2個“u”型導(dǎo)磁鐵芯、l2塊永磁體和12個線圈構(gòu)成。每個線圈繞在兩個相鄰“u”型導(dǎo)磁鐵芯的齒上，中間嵌入永磁體，永磁體沿切向交替充磁。兩側(cè)定子上正對的永磁體充磁方向相反。定子繞組采用集中繞組，
兩側(cè)正對的定子繞組相并聯(lián)。轉(zhuǎn)子共有10個齒（極），均勻設(shè)置在非導(dǎo)磁圓環(huán)的外圓周上。圖1為affspm電機的平面展開圖。
2有限元仿真
2.1有限元模型
為了考慮電機外圍漏磁對齒槽轉(zhuǎn)矩計算結(jié)果的影響，有限元建模時，在電機的外圍加上空氣罩，如圖2(a)所示。為了便于觀察，圖中只顯示電機一側(cè)定子的模型。圖2(b)為未考慮外圍漏磁時的電機有限元模型。為了減少計算量，空氣罩采用較粗的網(wǎng)格剖分。
2.2定子齒寬對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響
保持永磁體磁化厚度不變，增大定子齒寬，相應(yīng)減小定子槽口寬度。圖3為定子齒寬從占內(nèi)徑圓弧6.5。順次間隔0 5。增至8.5。時，齒槽轉(zhuǎn)矩的變化增大.
2.3永磁體磁化厚度對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響
保持定子齒寬不變，增大永磁體磁化厚度，
相應(yīng)減小定子槽口寬。圖4為永磁體磁化厚度從占內(nèi)徑圓弧60順次間隔0 5度增至8度時，齒槽轉(zhuǎn)矩的變化情提。從圖中可以看出，齒槽轉(zhuǎn)矩先減小后
增大，在7.5度時最小。
2.4定子槽口寬對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響
在定子齒靠近定子槽側(cè)加倒角或磁性槽楔以減小槽口寬度。圖5足定子槽口寬分別為5.23 mm（未加倒角）、4 23 mm、3.23 mm和2.23 mm時齒槽轉(zhuǎn)矩的變化情況。從圖中可知，齒槽轉(zhuǎn)矩在投有倒角時最小，并隨 |
