采用大小極結(jié)構(gòu)的永磁電動(dòng)機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

    鄭文鵬，楊素香，趙振奎，施進(jìn)浩

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海200233)

     摘要：提出了一種適合于表貼式永磁電動(dòng)機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法，轉(zhuǎn)子磁極采用不對(duì)稱的火小極結(jié)構(gòu)，一個(gè)碰極的寬度和其他磁極不同，其余磁極完全相同，各相鄰磁極之間的間隙相等，可以顯著降低電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩，滿足自動(dòng)化、大批量生產(chǎn)的需要，有限元仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。

    關(guān)鍵詞：表貼式永磁電動(dòng)機(jī)；齒槽轉(zhuǎn)矩；大小極

    中圖分類號(hào)：TM351    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A  文章編號(hào)：1004—7018(20l0)05—0019—03

0 引言

    永磁電動(dòng)機(jī)由于具有效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，在各種驅(qū)動(dòng)場合得到了越來越多的應(yīng)用。但是，由于永磁電動(dòng)機(jī)中齒槽轉(zhuǎn)矩的存在，往往會(huì)帶來電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲等不利影響。為此，在一些特殊的應(yīng)用場合，需要采取一定的措施來消除或削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。

    到目前為止，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，提出了許多降低齒槽轉(zhuǎn)矩的措施[1-3]。定子采用斜槽的方法，可以有效降低齒槽轉(zhuǎn)矩，該方法已經(jīng)大量應(yīng)用。但是，采用這種結(jié)構(gòu)后，一般難以采用自動(dòng)化嵌線裝置，無法滿足大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，同時(shí)也會(huì)降低槽滿率。為此，有人提出采用定子直槽、轉(zhuǎn)子斜極的方法來降低齒槽轉(zhuǎn)矩，這種方法對(duì)磁極的分段數(shù)以及每段磁極之間的相位差有較大的依賴性，轉(zhuǎn)子的制造也比較困難，如果設(shè)計(jì)不好，往往齒槽轉(zhuǎn)矩降低的效果不理想。文獻(xiàn)[4]給出一種通過不均勻放置永磁體降低齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，每塊磁鋼按照一定的角度放置，雖然可以降低齒槽轉(zhuǎn)矩，但是由于每塊磁鋼的角度需要特別計(jì)算，給電機(jī)的加工帶來諸多不便。文獻(xiàn)[5]給出了另一種磁極不對(duì)稱方法，只要通過改變相鄰槽口寬度的方法使磁極偏移，就可以實(shí)現(xiàn)降低齒槽轉(zhuǎn)矩的效果，可以降低電機(jī)加工的復(fù)雜程度。但是該方法僅可以用于磁鋼內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，而不適用于表貼式結(jié)構(gòu)。

    針對(duì)以上研究存在的問題，本文提出了一種適合于定子直槽、轉(zhuǎn)子磁鋼表貼式永磁電動(dòng)機(jī)的磁極不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，只改變一個(gè)磁極的寬度，其余磁極完全相同，各相鄰磁極之間間隙夾角相等，因此也稱大小極結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)，可以有效降低齒槽定位轉(zhuǎn)矩，同時(shí)降低電機(jī)的加工難度，適合于大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)。

1磁極不對(duì)稱結(jié)構(gòu)齒槽轉(zhuǎn)矩分析

    假設(shè)電機(jī)的極數(shù)為2p，則采用大小極結(jié)構(gòu)的電機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。其中大極寬度為θa，其余(卻1)個(gè)小極寬度為θb，相鄰磁極之間的間隙夾

假設(shè)定子鐵心的導(dǎo)磁率為無窮大，而且忽略永磁體內(nèi)能量隨轉(zhuǎn)子位置的變化，只考慮氣隙的能量對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，則氣隙內(nèi)的能量可表示為^[6]：

式中：Br(θ)、g(θ，α)、hm分別為永磁體剩磁、有效氣隙長度、永磁體充磁方向長度。

    將式(2)中有關(guān)表達(dá)式進(jìn)行傅里葉分解，即可得到磁場能量的表達(dá)式，進(jìn)而可以得到齒槽轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式。

1．1B2r(θ)的傅里葉分解表達(dá)式

  根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，假定理想情況下B2r(θ)沿圓周分布，如圖2所示。其表達(dá)式可表示如下：

2大小極結(jié)構(gòu)表貼式永磁電動(dòng)機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

    從式(8)、式(9)可以看出，不同的磁鋼寬度θa、θb及間隙寬度θc對(duì)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩影響較大。若合理選取上述參數(shù)，可以消除某些次數(shù)的Brnz對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，從而可以有效削弱電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩。以一臺(tái)8極、24槽電機(jī)為例，電機(jī)主要參數(shù)如表1所示(Br=1.l T)。假設(shè)θa：θb=m，則在不同的θc(θc>0)時(shí)，Brnz隨m變化情況如圖3所示。一般情況

下，為避免電磁轉(zhuǎn)矩?fù)p失過大，m值應(yīng)接近1。從圖3中θc=5。(n=1時(shí)對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩影響****)可以看出，當(dāng)m=1.393