分数槽永磁同步电机气隙磁场的分析与噪声抑制
王巍，宋志环，于慎波，唐任远
（沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心，沈阳110178）
摘要：运用解析的方法推导了分数槽永磁同步电机气隙磁场的解析表达式，分析了空载气隙磁场的谐波次数与频率的分布特性，通过推导得出，在单元电机定子槽数为奇数及偶数时，谐波分布的次数不同。同时对一台盘式电机进行电磁噪声计算及抑制方法研究，分析了计算极弧同数、定子槽深与总气隙长度的比值等参数，对噪声抑制的作用。
关键词：永磁同步电机；分数槽；谐波分布；噪声抑制
中图分类号：tm351；tiv1341 文献标志码：a 文章编号：1001-6848f 2010）06 0001 06
0 引 言
定、转子谐波磁场相互作用产生的低阶力波，或频率与定子固有频率相近的力波，是引起电机电磁振动与噪声的主要原因。确定定子、转子磁密谐波次数及幅值，是计算电磁噪声及确定噪声源的关键。分数槽永磁同步电机中，定子侧产生磁密的基波及谐波计算公式与普通电机的公式相同。而永磁体产生磁密的谐波分布相对复杂。运用有限元的方法可以计算出永磁体产生的磁密分布，并通过谐波分析获得谐波分布，但不能明确各量之间及其与谐波次数与幅值问的解析关系，不便于噪声抑制。针对永磁同步电机空载气隙磁场解析表达式的研究几近成熟，并且在考虑定子开槽的影响时，一致认为磁场的谐波次数为np±in,p为电机极对数，n为定予槽数，n=l，3，5…。本文将采取简化的于段证明多极少槽永磁同步电机，其空载谐波磁场的分布次数在单元电机定子槽数为奇数及偶数时不同。采取的方法是荫．先分析定子不开槽情况永磁体磁密方波的谐波分布，然后分析定子开槽对气隙磁密的影ⅱ向。通过该表达式能更清楚地分析出谐波产生的原因，及各参量与谐波分布的关系，有利于噪声的分析与抑制。
1永磁体产生磁密分布的解析表达式
1. 1定子不开槽时永磁体产生气隙磁密分布
本文采用的模型及推导的公式适用于径向充磁的径向结构永磁同步电机磁场分布、及轴向充磁盘式永磁同步电机中的单边结构、外转子结构，及内转子ns磁路结构电机某一半径处的磁场分布。以单元电机为研究对象，p1表示其极对数，z1为定子槽数，本文分别讨论z1为奇数及偶数情况。分析时，在定、转子的某一相对位置处，将电机沿转子表面展开，相对位置及坐标原点的确定以计算方便为准则。设定子不开槽时，电机为均匀气隙，定子开槽后，总气隙长度变成随位置变换的周期函数，δ、δ(x)分别为定子不开槽及开槽时总气隙长度随位置的变化。在某一时刻，定子开槽情况永磁体产生磁密的表达式可以表示为：
首先忽略漏磁及饱和，在导出表达式后，分别以漏磁系数δ0和饱和系数kδ来表示漏磁和磁路饱和的影响。设转子表面光滑，定子开槽，b0、ho、t1、b1、τ、δ分别代表槽口宽、槽深、齿距、齿顶宽、极距及总气隙长度（永磁体磁化方向长度hm与气隙长度δ0之和）。定义单元电机电角度为2π，t11、b11、τ及b0，分别为t1、b1、τ及b0的电角度值，如式(2)所示。dc为单元电机气隙平均直径。
首先推导p1为偶数情况。
定子不开槽时，永磁体产生气隙磁密方波分布及坐标选取如图1所示。
式中，αi为计算极弧因数；bδ为永磁体产生方波磁密的幅值(t)，bδ=bτhm／（hm+δ0）；bτ为永磁体剩磁(t)l。
将brδ(x)进行傅里叶变换，得气隙磁密表达式如式(4)所示。
|
