定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响.doc

定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响夏加宽,于冰(沈阳工业大学电气工程学院,沈阳 110178 ) 摘要:在简述齿槽转矩产生机理的基础上,根据解析表达式讨论了定子槽数对齿槽转矩的影响。并建立电机电磁场模型,通过有限元法,定量分析永磁电机齿槽转矩,对不同结构的辅助槽对应的齿槽转矩进行对比计算,并对定子齿开槽对齿槽转矩的影响进行分析。结果表明, 合理的定子齿开槽可以有效抑制齿槽转矩。关键词:永磁电机;齿槽转矩;定子开槽中图分类号: TM351 文献标志码: A文章编号: 1001-6848( 2010) 07-0013-04 0引言永磁电机在高性能控制系统中应用越来越广泛,然而由于永磁体与有槽铁心相互作用,产生齿槽转矩,引起振动和噪声。这是永磁电机需要考虑的重要问题之一。文献[1-5] 对其计算方法和抑制措施进行了研究。作为一种有效的的齿槽转矩抑制方式,定子齿开槽受到人们的关注。文献[1] 对一台 24槽4 极永磁电机每齿开 1 个和 2 个辅助槽进行了研究,但没有给出辅助槽尺寸变化对齿槽转矩的影响,文献[2] 对一台 4极6槽永磁电机通过齿冠开槽来抑制齿槽转矩,但没有给出不同辅助槽型对齿槽转矩的影响。本文首先推导了齿槽转矩的解析表达式,根据表达式得出了定子齿开辅助槽对抑制齿槽转矩的有效性。然后采用有限元法,对不同辅助槽尺寸和槽型对齿槽转矩的影响进行计算和对比,研究表明,定子齿开槽的尺寸和槽型对齿槽转矩的影响很大,合理设计辅助齿的尺寸和槽型可以有效抑制齿槽转矩。 1齿槽转矩的解析表达式齿槽转矩可以表示为不通电时永磁电机磁共能对旋转角的倒数,既式中, Da 电枢直径, g 为气隙长度, hm 为永磁体极化方向厚度, B 为气隙磁密,是θ、θ0 和轴向坐标 l 的函数, θ0 为某一指定的齿的中心线和某一指定的永磁体中心线的的初始角度, θ是永磁体相对某一指定的齿的中心线旋转的角度。其中, F(θ0,θ, l)为永磁体磁势,磁导为: 将式(3) 带人式(2) 中得到对式(4) 傅里叶展开得对 F(θ0,θ, l)傅里叶展开,得式中,Q为定子槽数,p为极对数, Ak为第 k次磁导谐波幅值,f为第 k磁势谐波幅值。将式(6) 、式(7) 带人式(5) 中,得式中, n 为齿槽转矩的次数,为 Q与 2p 的公倍数,其基本齿槽转矩次数为 Q与 2p 的最小倍数。由式(8) 可知,只要相同次数的磁势谐波与磁导谐波才产生齿槽转矩,随着谐波次数的增加,与之对应的磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小,则齿槽转矩也减小,当在每个定子齿上开m 个槽,相当槽数由 Q 增加为(m+1)Q ,则当 LCM((Q+l)m , 2p)/LCM(Q , 2p) ≠l 时,就增加了基本齿槽转矩次数,则降低了齿槽转矩,其中 LCM (Q, 2p)为 Q与 2p的最小公倍数。 2齿槽转矩的计算由于解析表达式忽略了铁心饱和等因素,对齿槽转矩只能定性分析,本文利用有限元法,建立电机电磁场模型,来定量计算齿槽辖矩。瞬态电磁场偏微分方程为式中, A为矢量磁位, u为磁导率, F为电导率, v为运动媒介速度, Js为源电流密度。忽略端部效应,并加入边界条件,可得到永磁电机的瞬态电磁场的定解方程: 式中, Ω为求解区域, Sl为定子外径边界条件。本文基于以上原理,利用有限元法来计算