稀土永磁同步電機(jī)之基于不等極弧系數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

本節(jié)討論了一種通過(guò)改變極弧系數(shù)削弱整數(shù)槽三相永磁同步電動(dòng)機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法―基于不等極弧系數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法。該方法與前面介紹的改變永磁磁極極弧系數(shù)和采用不同極弧系數(shù)組合的方法明顯不同。改變磁極極弧系數(shù)的方法是同時(shí)改變所有磁極的極弧系數(shù)，而基于極弧系數(shù)組合的削弱方法是同時(shí)改變一對(duì)極內(nèi)兩個(gè)磁極的極弧系數(shù)，使其不等。

本節(jié)討論的方法是在保持永磁體用量不變的情況下，改變電機(jī)的極弧系數(shù)，除一個(gè)永磁磁極外，其他永磁磁極的極弧系數(shù)都相同。

一、基于不等極弧系數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

圖5一48 ( a）為一臺(tái)6極表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子示意圖，每極永磁體的極弧寬度都相等，用角度表示為oal，兩個(gè)磁極的極間寬度用角度表示為0cl 。圖5一48 ( b）為采用不等極弧系數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)子示意圖，0a為磁極PMe的極弧寬度，氏為其他5個(gè)磁極的極弧寬度，0c為相鄰兩個(gè)磁極的極間寬度。為保持永磁體用量不變，應(yīng)滿足0c，一0c 。通過(guò)氏和先的合理選取減小班（0）對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩有影響的諧波的幅值，以達(dá)到削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的目的。

二、齒槽轉(zhuǎn)矩的解析分析

采用不等極弧系數(shù)磁極結(jié)構(gòu)時(shí)齒槽轉(zhuǎn)矩表達(dá)式的推導(dǎo)過(guò)程跟第一節(jié)基本相同，不同之處是B荃（0）的分布。假設(shè)電機(jī)內(nèi)每極磁通相同，則B薈（的沿圓周的分布如圖5一49所示。其中氏為寬度與其他永磁體不同的永磁體的極弧寬度，氏為其他Zp一1個(gè)磁極的極弧寬度，0c為兩個(gè)磁極之間的極間寬度，p為極對(duì)數(shù)。

三、有限元法確定Bm最小時(shí)的kt值

通過(guò)上述解析計(jì)算，可以看出，該方法中對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩起作用的傅里葉分解系數(shù)僅取決于電機(jī)的槽數(shù)和極對(duì)數(shù)。根據(jù)電機(jī)的槽數(shù)和極對(duì)數(shù)，可確定起作用的Brn，通過(guò)改變k，的值，使對(duì)應(yīng)的Bm為零以削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。但是，由于解析分析過(guò)程中存在設(shè)，沒(méi)有考慮飽和、漏磁等因素的影響，因此，通過(guò)解析計(jì)算所求得的kt值不能保證Bm最小，因而不能保證齒槽轉(zhuǎn)矩最小。為使B和齒槽轉(zhuǎn)矩最小，在不考慮定子齒槽影響的情況下，采用有限元法對(duì)上述24極、 72槽電機(jī)進(jìn)行了分析，得到的氣隙磁密分布可近似為Br ( 0）的分布（但兩者的幅值不同）。計(jì)算出不同k：時(shí)Br ( 0）沿氣隙圓周的分布，然后進(jìn)行傅里葉分解，即可求得麟（0）的各次諧波的幅值Btn 。圖5一51為kt～。．75時(shí)的磁場(chǎng)分布。圖5一52為不同＊，時(shí)B : ( 0）的72 、144 、 216次諧波幅值的曲線。可以看出，當(dāng)。．693時(shí)，這些次數(shù)的Brn幅值最小。

四、有限元驗(yàn)證

本節(jié)分別以24極、 72槽和6極、 36槽三相表面式調(diào)速永磁同步電動(dòng)機(jī)為例驗(yàn)證上述磁極寬度確定方法的準(zhǔn)確性。兩臺(tái)電機(jī)的最優(yōu)k，值見(jiàn)表5一6 。

五、適用范圍

上面的分析表明了該方法在削弱齒槽轉(zhuǎn)矩方面的有效性，但是否適合于各種情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱？下面從以下兩方面分析。對(duì)于每極整數(shù)槽的情況，槽數(shù)是極數(shù)的整數(shù)倍。在「，一粵一月中總是存在-1 , 2 , 3，…）次諧波。當(dāng)永磁體沿圓周均布時(shí)，在B : ( 0）存在ZPj ( j一1 , 2 , 3，…）次諧波，當(dāng)滿足iz一ZPj時(shí)，兩者將相互作用產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩諧波，鮮（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)為iz；當(dāng)采用不等寬永磁體時(shí)，在鮮（0）中存在j ( j一1 , 2 , 3，…）次諧波，當(dāng)滿足iz一j時(shí)，兩者將相互作用產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩諧波，鮮（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)也為iz 。這意味著，當(dāng)槽數(shù)為極數(shù)的整數(shù)倍時(shí)，不管是否采用不等寬永磁體法，麟（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)總是iz 。只要選擇合適的kt以削弱對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩起作用的iz次諧波的幅值，即可大幅度削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。對(duì)于每極槽數(shù)不是整數(shù)的J，況，在〔hmhm〕 2中也J急是存在i · “一，, 2 , 3，二” 次諧波。當(dāng)永磁體沿圓周均布時(shí)，在琢（0）中存在ZPj ( j一1 , 2 , 3，…）次諧波，當(dāng)滿足撫一ZPj時(shí)，兩者將相互作用產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩諧波，鮮（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)為＊二；當(dāng)采用不等寬永磁體時(shí)，在麟（0）存在j ( j一1 , 2 , 3，…）次諧波，當(dāng)滿足iz一j時(shí)，兩者將相互作用產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩諧波，耳（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)也為i二，但是此可能不是極數(shù)的整數(shù)倍。以6極、 33槽電機(jī)為例，當(dāng)永磁體均布時(shí)，鮮（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)同時(shí)是極數(shù)和槽數(shù)的整數(shù)倍，也就是“ “的整數(shù)倍，即66 , 132 , 198，…次。當(dāng)采用不等寬永磁體時(shí)，鮮（0）中產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩的諧波次數(shù)只是槽數(shù)的整數(shù)倍，即33 , 66 ,99 , 132 , 165 , 198 …次，即增加了33 ,99 , 165 , 198 .．· 。通過(guò)合理選擇kt可以5削弱B ' 6 , ( n = 1 , 2 , 3，…），但引進(jìn)了B ' 3 。（n = l , 3 , 5，…），如圖5 -55所示，可以看出，難以找到一個(gè)使。綜上所述，不等寬永磁體法只適合于削弱槽數(shù)為極數(shù)整數(shù)倍的永磁電機(jī)的齒槽。