摘   要：为了减小空载气隙磁场中谐波磁场对电机性能的影响，对内置v型转子磁路结构自起动力（磁同步电动机的转子磁极形状进行了优化。采用不均匀气隙结构，以有限元为工具并利用遗传算法对空载气隙磁密波形进行了优化，使其中的谐波含量较小，得出了转子磁极的****偏心距。在此基础上采用时步有限元方法，在考虑定子开槽、斜槽结构并计及饱和的情况下，对优化前后电机的电动势波形进行了分析对比，并通过试验验证了所采用的时步有限元计算程序的有效性。有限元计算结果表明，通过优化偏心的不均匀气隙设计，电机的空载气隙磁密和电动势波形得到了明显改善。

    关键词：自起动永磁同步电动机；不均匀气隙；气隙磁密波形；时步有限元法；空载电动势

    中图分类号：tm 351文献标志码：a文章编号：1673-6540(2010)07-0001-05

    自起动永磁同步电动机(pmsm)与异步电机相比，具有效率高、功率因数高、功率密度高等优点，在一些长期连续运行的场合替代传统的异步电机具有较大的节能优势，因此得到研究人员越来越多的重视。目前，自起动pmsm多采用均匀气隙的结构，气隙磁场中含有大量谐波，使得电动势中谐波含量很大，增加了电机谐波电流和附加谐波铁损和铜损，影响电机效率的进一步提高，另外谐波磁场也会产生力矩波动，引起振动和噪声。长期以来，众多学者都对pmsm气隙磁密进行了优化设计，但大部分文献主要针对表面式磁体结构的永磁电机进行优化。

    在文献[8]中作者采用zooming算法对内置式永磁电机磁极不对称角度进行优化，以削弱齿槽转矩。杨玉波等研究了通过改变隔磁磁桥形状改变一个磁极的极弧宽度，进而削弱内置式pmsm齿槽转矩的方法。

    文献[10]中运用智能型模拟退火算法，对开关磁阻电动机转子磁极几何形状进行了优化设计，在定、转子其他主要尺寸不变的条件下，使样机的静态转矩明显提高。

    文献[11]利用试算法对径向式v型磁体结构的永磁电机进行优化获得了气隙磁场波形畸变率与偏心距之间的关系曲线。

    文献[12]用一样条参数化方法设计u形永磁磁路转子形状以减小电动势中的谐波。但是对于采用内置式磁路结构并且带起动导条的自起动pmsm磁极形状优化的文献并不多见。

    本文运用有限元方法分析v型转子磁路结构的自起动pmsm的空载气隙磁密波形，利用遗传算法得到了****偏心距，从而获得不均匀气隙永磁转子结构及气隙磁密波形，然后利用自主开发的时步有限元程序，分析对比了优化前后电机的电动势波形，最后通过试验间接验证了优化方法的有效性。

    自起动pmsm的永磁体通常位于导条和轴之间的铁心中，笼型转子直接面向空气隙。本文计算模型源自某电机厂当前生产的电机，图l(a)为电机结构示意图，转子磁路采用v型结构，均匀气隙，笼型转子采用铸铝材料，具体结构参数如表1所示。测试中发现该电机的电动势和电流中的谐波含量较大。

    为了考察永磁电机气隙磁场中谐波的影响，通常假定电机处于发电机状态，通过电动势波形反映谐波磁密对感应电动势的影响。假设磁路线性情况下，根据文献[13]的结果，定子开槽的影响仅仅使齿谐波电势增大或减小一定的倍数，假设能够消除由永磁转子引起磁场中的一切谐波，则即使定子开槽，亦不会引起电压波形的畸变。因此，本文在优化气隙磁场时暂不考虑定子开槽的影响，采用定子内表面光滑