永磁式电机齿槽定位力矩分析.docx

永磁式电机齿槽定位力矩分析 杜军红 沈建新 陈永校 |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载. 【摘 要】 提出了区域函数和单极性边缘函数两个新概念， 利用这两个函数定量分析了永磁式电机齿槽定位力矩， 并提出了减弱齿槽效应的新方法， 为永磁式电机的设计供应了理论依据； 【关键词】 永磁式电机 齿槽定位力矩 Cogging Torque Analysis of Permanent Magnet Motors Du Junhong Shen Jianxin Chen Yongxiao (Zhejiang University,Hangzhou 310027) 【Abstract】 Two new concepts of region function and single polarity ed ge function are presented to calculate cogging torque of permanent magnet mot or.Novel approaches to minimizing the cogging torque are presented.The paper improves the theoretical foundation for the design of permanent magnet motor. 【Keywords】 permanent magnet motor cogging torque 1 引 言 齿槽定位力矩是永磁式电机的固有现象，文献［ 1，2］等提出了该力矩的体会运算公式和评判因子； 但对于非重叠绕组结构的永磁式电机和磁钢不匀称排列时，此公式和评判因子不适于定量地评判齿槽定位力矩； 所谓非重叠绕组， 即定子绕组跨距为一个齿距、每极每相槽数 q＝0.5 ，各个线圈之间在空间上就不存在重叠区域； 本文对非重叠绕组结构及磁钢不匀称排列情形下的齿槽定位力矩作了定量分析，并提出了减弱齿槽效应的新方法； 2 永磁式电机的拓扑结构与基本关系式 以方波型永磁无刷直流电动机为模型； 图 1 所示为一对极下的转子拓扑结构 图，转子采纳表面粘贴式磁钢结构；其中 αp 为磁钢极弧系数，且 0α p≤1，磁钢排列的不匀称程度用排列系数 Ka 描述， 0≤ Ka ≤1； |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载.  图 1 转子结构图 设磁钢外径为 Dom，内径为 Dim，把从直径 Dim 到 Dom的整个环形区域定义为泛磁钢区；一对极下的泛磁钢区由四个区域组成，即： N极面对气隙的磁钢部位， 称作 N区； S极面对气隙的磁钢部位，称作 S区；两个间隙区，称作 0 区；定义沿半径背离转子中心而指向气隙的方向为磁场正方向及磁势降落的正方向； 定义区域函数 A(a) 为：N区 A(a) ＝ 1；S 区 A(a) ＝-1 ； 0 区 A(a) ＝0；区域函数 A(a) 在性质上是一个符号函数，可用下述分段函数表示一对极下的情形： (1) 设定子齿距为 yt-t ，槽口宽为 y0，定义槽口系数 K0＝y0/y t-t ；假定磁钢的去磁曲线为直线，且磁导率近似为 μ0；每极每相的电流按其所能产生的安匝数分别等效为 I ∑a、I ∑b 和 I ∑c，就电机定、转子拓扑结构图如图 2 所示；其中转子 q 轴和定 子 a 轴的夹角为 θr 电弧度；定义安培环路定律的闭合积分回路 (Loop:ab) 如图 2 中虚线所示；该回路不穿过定子槽，在定、转子轭中的路径是任意的，并穿过相 邻两个齿 (a 相齿和 b 相齿) 各一次，穿过磁钢和气隙时，要求沿半径方向；在 a 相齿下穿过磁钢与气隙的路径同 a 轴的夹角为 θa电弧度，忽视聚磁效应时， θa |精. |品. |可. |编. |辑. |学. |习. |资. |料. * | * | * | * | |欢. |迎. |下. |载. 电弧度处的磁钢径向磁密和气隙径向磁密均为 Ba( θa) ；同理，在 b 相齿下的 θb 电弧度位置和 c 相齿的θc 电弧度位置的径向磁密分别 Bb ( θ b) 和 Bc( θc ) 图 2 电机定、转子拓扑结构 a 相齿下泛磁钢区中的径向磁密 Ba( θa) 、磁场强度 Hma( θa) 和磁势降落 Fma( θ a) 有： (2) a 相齿下气隙中的径向磁密 Ba( θa) 、磁场强度 Hga( θa) 和磁势降落 Fga( θa) 有： (3) 对于 b 相齿和 c 相齿下的泛磁钢区和气隙， 也存在与式 (2) 和式(3) 类似的关