定子齿开辅助槽抑制永磁电动机定位力矩

    夏加宽，于冰

(沈阳工业大学，辽宁沈阳110178)

    摘要：以一台12槽lo极电动机为例，通过有限元法，建立电动机电磁场模型，分析了不同辅助槽槽型和尺寸对水磁电动机定位力矩大小的影响。研究表明，定位力矩的大小与辅助槽的尺寸和槽型有关，选择合适的辅助槽槽型和尺寸可以有效抑制定位力矩。

    关键词：永磁电动机；定位力矩；辅助槽

    中图分类号：tm351    文献标识码：a  文章编号：1004—7018(2010)01—0013—02

o引  言

    永磁电动机由于永磁体与电枢齿相互作用产生定位力矩，引起振动和噪声。如何有效抑制定位力矩是永磁电动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。其中在定子齿齿冠开辅助槽是一种相对简单可行的抑制定位力矩的方法。

    本文以一台12槽10极的永磁电动机为对象，研究在定子齿齿冠开辅助槽的情况下，辅助槽槽型、尺寸对定位力矩大小的影响。

1定位力矩的定性分析

    定位力矩可以表示为不通电时永磁电机磁共能对旋转角的导数。即：

    由文献[6]可知，定位力矩的解析表达式可推导为：

式中：da为电枢直径；l为轴向坐标；θ。为某一指定齿的中心线和某一指定的永磁体巾心线的的初始角度；θ为永磁体相对某一指定齿的中心线旋转角度；an为第n次磁导谐波幅值;fn为第n次磁势谐波幅值；n为定位力矩的次数，它等于定子槽数q与极数2p的公倍数，其基本定位力矩次数为q与2p的最小公倍数。由式(2)可知，只有相同次数的磁势谐波与磁导谐波刊产生定位力矩。随着谐波次数增加，与之对应的磁势谐波与磁导谐波幅值随之减小，则定位力矩也减小，当在每个定子齿齿冠上开m个槽，相当于槽数由q增加为q(m十1)，当时，就增加了基本定位力矩次数，降低了定位力矩的幅值，其中lcm(q，2p)为q与2p的最小公倍数。

2定位力矩的计算方法   

    由于解析表达式忽略了铁心饱和等因素，对定位力矩只能定性分析，本文采用有限元法和电磁场裂计算软件anson来定量计算定位力矩。具体方法为：给定永磁电动机以恒定缓慢速度，将电枢绕组电  导设置为零，从而实现电枢绕组中无电流，利用an一oft的时变运动电磁场有限元模型计算得到的力矩即为定位力矩。瞬态电磁场偏微分方程：

式中:a为矢量磁位;μ为磁导率;σ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，可得到永磁电动机瞬态电磁场的定解方程：

式中：ω为求解区域，s1为定子外径边界条件。

3辅助槽槽型

    矩形槽、半圆形槽、三角形槽的定子开槽槽形如图l所示。用三种辅助槽型来分析辅助槽型对定位力矩的影响，未开槽定子齿如图la所示，定子齿开槽将沿定子齿中心线严格对称，否则将引入新的谐波。

4计算实例

    以一台12槽10极的永磁电动机为研究对象，对定子辅助槽的尺寸与槽型对定位力矩的影响进行分析，电机参数如表l所示，电机剖面尺寸及电磁场场图如图2所示。

4.1辅助槽槽深对定位力矩的影响

    用矩形槽和三角形槽两种槽型在每个定子开一个辅助槽，固定槽宽为2．0 mm，槽深从o.5～3 mm变化，如图3所示。随着辅助槽深度的增加，矩形槽与三角形槽的定位力矩也随之减小，并在槽深增加到某一深度时，定位力矩减小的幅度变缓，两者在不同槽深都比未开槽时的定位力矩小，与未开槽时的定位力矩305.6 mn·m相比，三角形槽在槽深3.5 mm时，定位力矩为191.8 mn