结构对永磁双凸极电机性能影响的分析

    孙亚萍¹，闵  莹²，胡春玉³

(1杭州师范大学钱江学院，杭州310012；2．广州民航职业技术学院

    广州510403；3江苏海事职业技术学院，南京211170)

摘要：通过对永磁双凸极电机的建模及仿真，分析了电机结构变化对永磁双凸极电机性能的影响，如：定子磁轭厚度、转子极弧宽度和转子斜槽角度；最后分析了齿槽定位力矩的产生，并提出了减小定位力矩的方法。

关键词：永磁电机；双凸极电机；结构；性能；定位力矩

1结构   

    图1所示为12／8永磁双凸极电机截面图。双凸极电机在结构上和开关磁阻电机相似，其定转子均为凸极齿槽结构，由硅钢片叠压而成，采用集中绕组。

2 建模及仿真

    根据永磁双凸极的特点，做如下假设^[1-4]：①忽略电机端部效应，电机磁场沿轴向均匀分布；②铁芯冲片材料各向同性，且磁化曲线是单值的，即忽略磁滞效应；③电机机壳外部和转轴磁场忽略不计，即定子外表面圆周和转子内表面圆周为一零矢量位面；④忽略铁心的涡流效应。

    永磁双凸极电机结构参数为：铁心材料：D41，转子叠厚：100mm，转子齿高：20．5mm，转子外径：78mm，转子内径：58 mm，定子齿高：14．7mm，定子叠厚：100 mm，定子外径：166mm，定子内径：150m，永磁厚度：7mm，气隙：0.8mm，定转子极弧：30。／30。，永磁体矫顽力：600 kA/m。

  若定义A相定子齿和转子齿完全重合时为22．5^。，则转子位置从0^。转到45^。为一个周期。图2(a)为B相定子齿与转子齿重合时永磁电机空载时的1／4磁场分布图。图2(b)为无永磁体时永磁电机的1／4电枢反应磁场分布图。

  双凸极电机磁路比较复杂，为了便于分析，假设电机大部分磁力走的路线为电机磁路，则定子轭部的磁路类似于一个E形磁路，其中，c相绕组绕在中间铁心上，A、B相绕组分别绕在两边的铁心上，此时B相电枢电流作为磁势时产生的磁力线通过A相时的磁路要比c相电枢电流作为磁势产生的磁力线通过A相时的磁路长，那么相应的磁阻也大，即R_ab|b>R_ac|c。理想情况下，B相电枢绕组电流产生的磁力线全部都通过B、c相之间的定子磁轭，而c相电流产生的磁力线除了通过B、c之间的磁轭，但还有一部分通过A、c之间的磁轭，故φ_bc|b>φ_bc|c，在B、c相定子齿上绕相同匝数的电枢绕组，并且在绕组上通人相同的电流，也即磁势相同的情况下，根据磁路欧姆定律，那么B、c段定子磁轭的磁阻在B、c相电枢电流分别作为磁势时大小比较为B相的大于c相，即R_bc|b>R_bc|c。由于两种情况下的气隙磁阻相等，故总的磁阻R|b>R|c，所以c相电枢绕组的电感、磁链值均大于B相。由于A相和B相静态特性关于c相定子齿中心线对称，那么c相电枢绕组的电感、磁链值也将大于A相的值。

3结构变化对电机性能影响

3．1定子磁轭变化对电机性能的影响

    永磁双凸极电机空载时，电枢绕组自感关于转子位置角的变化曲线如图3所示。可以看出电机三相很不对称，其中，c相的电感值要比A、B两相的电感值大。这主要是由于电机永磁体的磁阻大而造成A、B相电枢电流作为磁势时的磁路和c相电枢电流作为磁势时的磁路不同，从而引起电机定子磁轭上磁阻的区别。双凸极电机的不对性程度也表明了电机定子磁轭的磁阻在总磁阻中所占比例的大小，越不对称，则磁轭磁阻所占比例越大。当电机定子磁轭加宽，根据磁阻公式R=l/μ.s，如果s增大，那么电机定子磁轭的磁阻也将下降，此时，定子磁轭的磁阻对总磁阻的影响程度就减少了，气隙磁阻占总磁阻的主要部分，故加宽定子磁轭，双凸极电机的对称性相对原来电机模型要好，如图3(b)和(c)所示。

3．2转子极弧对电机性能的影响

    为了分析转子极弧变化对双凸极电机性能的响，本文对双凸极电机的转子极弧加宽1．5^。、3^。、4．5^。机械角度分别进行建模仿真。12／8极永磁双凸极电机空载，在6 000 r／min转速下其仿真磁链波形如图4所示。

    整流后输出电压的脉动按公式(U_max-U