表贴式无刷电机磁钢宽度的选择与分析
李新华，庄百兴
(1．湖北工业大学，湖北武汉432200；2．东莞市阪神电机有限公司，广东东莞523018)
摘要：文章分析了表贴式无刷电机转子磁钢宽度与气隙磁密波形的关系，推导了磁钢采用平行边切割工艺条件下气隙磁密的计算公式，样机绕组反电动势试验波形验证了相关结论的正确性。
关键词：无刷电机；磁钢宽度；气隙磁密：夏电动势
0引言
三相永磁无刷直流电机通常采用两两导通、方波电流方式。两两导通模式下，理论上要求三相无刷直流电机每相绕组反电动势波形为方波或者梯形波，且波形平项部分宽度达到1200电角度以上。而当平顶部分宽度不够时．会导致通入的方波电流产生脉动，如图1所示，从而导致产生电磁转矩脉动，最终引起电机的振动和噪声。所以，在方波无刷电机设计时，需要重点考虑反电动势波形平顶部分的宽受。
气隙磁密波形是影响绕组反电动势波形的一个直接原因。由于工艺简单，工程应用中广泛采用表贴式磁钢转子结构，而磁钢的形状和宽度的选择，直接的影响电机气隙磁密波形。本文在解析法的基础上，分析了磁钢宽度变化对反电动势波形的影响，得出磁钢宽度的选择依据，并用样机试验波形验证了相关结论。
1磁钢宽度与气隙磁密波形的关系
1 .1瓦形径向充磁磁钢
对于表贴式永磁无刷电机，其磁钢充磁方向主要为径向充磁和平行充磁两种。无刷直流电机为了获得足够的极弧宽度，一般都采用径向充磁方式，以达到气隙磁密波形为方波的效果。本文正是以径向充磁钕铁硼磁钢为出发点进行讨论和分析。
1 2分析假设
本文分析模型基于2极3槽单元电机结构，试验样机为8极12槽内转子结构。分析时做如下假设：
①不考虑电机齿槽效应，用卡特系数考
虑开槽影响；
②忽略端部效应，采用二维模型分析；
⑧电机铁心磁导率视为无穷大；
④分析区域电导率视为零；
⑤磁钢各向同性，退磁曲线为线性。
1. 3气隙磁密的计算
文献[1]推导了一种半解析法计算气隙磁密的方法，其基本思
想是利用等效电流源替代永磁体所产生磁场，分析模型如图3。
图中，a为定子内径，b为转子铁心外径，rl、r2分别为磁钢内
外表面圆弧的半径。
根据此模型可以推导出气隙磁密表达式为
其中
式中，p——极对数；a——永磁体极弧角；x——永磁体极化系数；B，——永磁体剩磁。
1 4改进气隙磁密计算方法
模型使用如图4b理想等厚瓦形磁钢进行推导，而在工程应用中，为了降低磁钢加工成本，磁钢则采用等径平行边切割，如图4a图所示。
对于等径磁钢，其磁钢厚度是不均匀的，对称中心线处的厚度****。但这种差异并不显著，虽会影响Bmax但对气隙磁密波形影响甚小，仍可以使用式(1)分析。但是，实际磁钢的上下两表面的极弧宽度不一致，则不能简单忽略。因为单独按照某一面的宽度进行计算势必产生误差，从而影响气隙磁密波形的宽度，因此需要对上式进行修正。考虑磁钢上下极弧宽度不一致时，气隙磁密的表达式为
式中，
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