摘要：用anson软件建立ala转子电机计算d、q轴参数时的2d有限元模型，在转子采用x、y轴两方向取不同的相对磁导率后，结果表明转了用各向异性线性模型能满足d、q轴参数计算要求，并且也能反映转子的饱和特性，而各向同性模型仅在求d轴参数时是可行的。至于在瞬态磁场分析时各向异性线性模型是否合适还需要作进一步的研究。
    关键词：ala；ansoft；有限元；模型

o  引  言

    ala(axiaily—laminated anisotmpic)转子电机采用导磁材料(如冷轧取向硅钢片)和非导磁绝缘材料(如电工纸)沿轴向交替高密叠压而形成转子。再加上气隙沿圆周的不均匀分布，使整个电机呈现明显的各向异性，交、直轴电感差别很大且有较大的凸极比。研究表明ala转子电机凸极比可为普通电机的5—20倍，使得该类电机具有高转矩密度、高功率因数的特点，但凸极比会随电机饱和深度的变化而发生改变。所以，建立考虑饱和的电机模型足很有必要的。本义提出了用ansoft软件汁算d、q轴参数时的电机2d有限元模型，为不同饱和程度的ala转子电机参数优化设计奠定基础。
    1定子模型

    ala转子电机的定子采用了一般三相异步电动机的相同结构，所以用ansoft软件建立定子模型时，可直接调用软什自带的库模型，依据实际尺寸输入参数即可。本文根据文献[3]设定建模时所需的各尺寸数据。定子铁心分配dr510一50材料，在忽略磁滞损耗的情况下用磁化曲线表示其相对磁导率的变化。计算结果表明dr510-50的相对磁导率约在b=0.7 t左右时达到****值2650。考虑到实际情况，将电机定子外圆处规定为磁矢位a=0，即定子外部无磁场分布。
    2转子模型

    由于ala转子电机采用两种导磁性能截然不同的材料叠压形成转子，所以在二维平面内磁场从垂直和平行两个方向进入转子时遇到的磁阻相差很大。
    同时，导磁材料是有取向的硅钢片，又具有自身的导磁性能各向异性，这更加大了转子材料的各向异性。结合气隙沿圆周的不均匀分布，双熏的各向异性必然导致电机具有大的凸极比。

    在图1中，若磁场从x轴方向进入转子，除了需穿越较长的空气(极握部分的磁阻率和空气一致，相当于空气)外，还要穿过多重非导磁叠片的厚度tn即使进入了导磁叠片，因为有取向硅钢片在x轴方向磁导率较小，所以磁场遇到的磁阻也不小。若磁场从y轴方向进入，仅需穿越较短的气隙就能从定子到转子，而且转子侧有取向硅钢片在y轴方向磁导率较大，所以磁场遇到的磁阻很小。此时即使非导磁叠片对磁场通过有较大的阻碍，但由于导磁叠片和非导磁叠片并行，因此磁通大部分顺畅地从导磁叠片经过。
    为了大幅度减小有限元的网格剖分数目，缩短软件的计算时间，可以把两种不同性质的转了叠片“合二．为一”，等效为一种各向异性的新材料，具体采用等效磁阻率法。实施。新材料在x、y轴方向的磁阻率分别为：

    式中，vcx、vcy是有取向硅钢片在x、y轴方向的磁阻率，％是非导磁叠片的磁阻率，tc、t0分别是导磁叠片和非导磁叠片的厚度。这里取向硅钢片导磁方向在y轴，所以取比=10|i。而k取卒气磁阻率。vx可以通过有取向硅钢片的磁化曲线算出，它必然随着磁场强度的改变而变化，依照式(1)剥应的l也是变化的量，所以合成新材料在v轴方向的相对磁导率“、能用磁化曲线描述，同理得到在x轴方向的相对磁导率p。。按照文献[3]提供的电机尺寸及材料计算，当外加磁场强度h=6．3a／m时。显然，新制料在x轴方向电机磁阻很大，在火的激磁范围内处亍非饱和状念，相对磁导率p。基本为常数；而v轴方血电机磁阻较小，所以容易进入饱和，但因为转子相列磁导率“远大于定子的，所以饱和首先发生在定子侧，并且定_了．i侧的饱和会延缓转子进入饱和状态。
    当用anson软件建立ai．a转子模型时，依据拭(1)用磁化曲线来描述新材料的μx、μy是最准确的，但该软件不支持各向异性非线性的2d模型，而3d模型不太现实，因此只能分配各向异性日．线性或各向同性的属性给转子捌料。
    2．1各向异性且线性若取μx、μy为不相等的常数即建立了ala转子的各向异性且线性模型。前面已阐述μx保持不变是符合新材料实际情况的，而μy随转子饱和程度的不同在较大的范同内变化，那么μx取多少合适呢?如果分别以μx=2.7721838、μy=40000，μx=2．774838、μy=10180 8473，μx=2．774838、μy=5000建立三个ala转子模型，在d轴激磁电流in(p u．)=1情况下得到三条气隙磁密分布曲线，从图2可见三条曲线基本重合。在q轴激磁电流i0(p u．)=1情况下又得到三条气隙磁密分布曲线，从图3可见三条曲线还是基本重合的。即使让激磁电流io(p.u．)=0．1，不同μy取值的气隙磁密分布曲线依旧重合。这说明，只要保证ala转子的各向异性，导磁方向(y方向)的相对磁导率大小并不很重要，只要相对于定子足够大即可维持结果不变。
    产生该现象的原冈在于定子铁心部分有较人磁阻，而转子使用各向异性的材料后磁阻较小，所以转子铁心对整个磁路的影响降到了很低的程度。

    2．2各向同性若取μx、μy为相等即建立了ala转子的各向同性模型。由于ala转子材料和结构的双重各向异性，μx、μy的取值是相互矛盾的，μx取小为合适而“，较大才合理，因此各向同性模型显然是不成立的。
    但仅考虑d轴激磁情况时，采用μx=μy=10180.8473建立的模型与μx=2 7748、μy=10180 8473的模型进行对比，结果发现丽者基本一致：在i(p.u)=0．1时两者的气隙磁密分布曲线基本重合，如图4所示，此时各向同性模型的磁密基波幅值为o．4276 t，而各向同性模型的磁密基波幅值为0.4275 t；在i0(p．u)=l时两者的气隙磁密分布曲线也基本重合，如图5所示，此时各向同性模型的磁密基波幅值为o．8602 t，而各向同性模型的磁密基波幅值为o．8611 t。

    可见，各向同性模型在求d轴参数时是可行的，此时只要准确把握了导磁方向的μy，阻磁方向的μx影响是很小的。这就给出一个启示，即用磁化曲线描述磁导率“，应能更真实反映ala转子d轴激磁时的情况，特别是转子饱和状态，哪怕μx=μy。但从前面各向异性且线性模型中的讨论知道，p，在较大范围内变化时(从5000到40000)对d轴激磁的情况基本无影响，所以可以预想用μx=μy=10180.8473与用磁化曲线描述磁导率μx(此时μx=μy)建立的模型都是各向同性且计算结果应一致，进而与μx=2.7748、μy=10180 8473的模型也有相同结果。用anson软件分别对μx=2 7748、μy=l叭80 8473的模型和磁化曲线描述μx、μy的模型进行磁场分析，计算激磁电感lmd、lmq参数的结果如图6、7所示，证实了预测的结论。这里应注意图6、7中，i0(p u．)=2时转子已进入了饱和状态，所以用各向异性且线性模型同样可计算饱和状态的电机参数。

    3结论

    ala转子电机材料和结构上的双重各向异性要求其磁场分析模型采用各向异性非线性为****，由于ansoft软件的限制在建立ala转子2d有限元模型时不能做到这一点，3d模型却能实现。但3d模型计算需耗费大量时间且对计算机硬件要求较高，不利于参数的优化设计，所以现实的方法还是在2d中找到合适的有限元模型。