永磁同步電機之基于極弧系數(shù)選擇的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

在永磁直流電機、表面式永磁同步電機和無刷直流電機中，平行充磁瓦片形磁極應(yīng)用非常廣泛。本節(jié)以永磁直流電機為例，討論永磁磁極極弧系數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，以及最佳極弧系數(shù)的確定方法。

一、平行充磁瓦片形磁極永磁電機齒槽分析

圖5一10為平行充磁瓦片形永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。在任意相對位置a，氣隙磁密徑向分量沿電樞表面的分布可表示為

二、基于極弧系數(shù)選擇的永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

1．齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

根據(jù)上面的分析可知，只有nz / 2p次傅里葉分解系數(shù)對齒槽轉(zhuǎn)矩有影響。若電機極數(shù)和槽數(shù)確定，則對齒槽轉(zhuǎn)矩有影響的B ’薈（0）的傅里葉分解系數(shù)的次數(shù)也是確定的。通過合理選取極弧系數(shù)，使值很小的Bm對齒槽轉(zhuǎn)矩起作用，可以大幅度削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。對于6極27槽電機，齒槽轉(zhuǎn)矩只與B ’爺（0）的9k ( k為整數(shù)）次傅里葉分解系數(shù)有關(guān)，圖5一12為B ’圣（0）的9 、 18 、 27和36次傅里葉分解系數(shù)隨極弧系數(shù)的變化曲線，隨著極弧系數(shù)的變化，傅里葉分解系數(shù)變化較大，并且使得Brg較小的極弧系數(shù)也能夠使Br18 、 BrZ：和Br36較小，因此只要選取使Brg較小的極弧系數(shù)就可以削弱齒槽轉(zhuǎn)矩，取極弧系數(shù)為0 . 667和0 . 777時，Brg庵很小，齒槽轉(zhuǎn)矩也應(yīng)較小。圖5一13為27槽時，極弧系數(shù)分別為0 . 777和0 . 7時的齒槽轉(zhuǎn)矩對比。可以看出，極弧系數(shù)為0 . 777時的齒槽轉(zhuǎn)矩較極弧系數(shù)為0 . 7時有了大幅度減小。

當(dāng)槽數(shù)分別改為28和30時，起作用的Bm分別為Br14 。和B rs 。 。圖5一14和圖5一15分別為傅里葉分解系數(shù)Br14，和B rs＊隨極弧系數(shù)變化的曲線。對于28槽電機，當(dāng)極弧系數(shù)為0 . 785時，傅里葉分解系數(shù)Br14走較小；對于30槽電機，當(dāng)極弧系數(shù)為0 . 6和0 . 8時，傅里葉分解系數(shù)Brs無較小。圖5一16和圖5一17分別為28槽和30槽時，不同極弧系數(shù)對應(yīng)的齒槽轉(zhuǎn)矩。可以看出，選擇合適的極弧系數(shù)，可以大幅度削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。

通過上面的分析，可以得到以下結(jié)論：

( 1）齒槽轉(zhuǎn)矩與B ’薈（0）的傅里葉分解系數(shù)有關(guān)，但并不是所有的傅里葉分解系數(shù)都會影響齒槽轉(zhuǎn)矩，只有nz / Zp次傅里葉分解系數(shù)與齒槽轉(zhuǎn)矩有關(guān)。對于不同的極數(shù)和槽數(shù)，與齒槽轉(zhuǎn)矩有關(guān)的B ' ; ( 0）傅里葉分解系數(shù)的次數(shù)也不同。

( 2）極弧系數(shù)的選擇對B ’薈（0）的傅里葉分解系數(shù)有較大影響，對應(yīng)不同的極弧系數(shù)，傅里葉分解系數(shù)具有不同的規(guī)律。

( 3）通過合理選擇極弧系數(shù)，齒槽轉(zhuǎn)矩可以得到大幅度削弱。對于本節(jié)給出的方法，需作以下說明：

( 1）本節(jié)給出的極弧系數(shù)確定方法旨在削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。但實際應(yīng)用中，極弧系數(shù)的選擇受諸多因素的限制，應(yīng)綜合考慮永磁體的合理利用、齒槽轉(zhuǎn)矩抑制以及電機性能等。

( 2）該方法不適于2極電機。計算表明，在2極平行充磁永磁電機中，難以找到使對齒槽轉(zhuǎn)矩起作用的各次傅里葉系數(shù)都很小的極弧系數(shù)，極弧系數(shù)難以確定。需要指出的是，當(dāng)所選擇的極弧系數(shù)已使齒槽轉(zhuǎn)矩很小時，若再進一步采取其他齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法，削弱效果往往不再顯著。