永磁电机磁阻转矩的抑制方法

第36卷　第6期2002年6月

西　安　交　通　大　学　学　报

JOURNALOFXI′ANJIAOTONGUNIVERSITY

Vol.36　№6Jun.2002

文章编号:0253-987X(2002)0620576204

永磁电机磁阻转矩的抑制方法

王兴华,励庆孚,石　山

(西安交通大学电气工程学院,710049,西安)

摘要:.利用傅里叶分

解及能量虚位移法,,,指出齿面所加凹槽数应使6q为奇数,,采用转子磁极分段移位可有效减小磁阻转矩的基波分量..关键词:;;抑制方法文献标识码:A

MethodofReducingCoggingTorqueinPermanentMagnetMotor

WangXinghua,LiQingfu,ShiShan

(SchoolofElectricalEngineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China)

Abstract:Twomethodsofreducingcoggingtorque,namely,thestatortoothnotchingandthetworotorpolestacksshiftingarepresented.ThecalculationformulaofthecoggingtorquearederivedbytheFourierdecompositionandthevirtualdisplacementmethod.Basedontheanalysisoftheharmon2ics,themechanismofthepresentmethodsandtheeffectofthemethodsonthewaveformsofthecog2gingtorqueareclarifiedandanalyzed.Someimportantconclusionsarepointedout:thenumberofthenotchesshouldbechosentomakethe6qequaltoanodd;thedimensionofthenotchesandcuttingoffpolecornerscanaffectthewaveformsofthecoggingtorque;andthebasiccomponentofthecoggingtorquecanbereducedbyshiftingthepoleintotwostacks.

Keywords:permanentmagnetmotor;coggingtorque;restrainmethod

　　随着永磁材料的开发和应用,永磁电机越来越多地应用于工、农业生产和日常生活中.但是,由于电机齿槽效应的影响,当永磁电机转子转动时,会产生磁阻转矩,特别是对稀土永磁电机,磁阻转矩表现更为明显,它会使电机产生转速波动,影响电机的运行性能,同时会使电机产生振动和噪声.为了克服这

一缺陷,国内外学者进行了大量研究,提出了一系列方法,这些方法大致分为两类:一是从控制策略上加以抵消,如谐波电流控制、力矩观测控制等,是一种被动式的抑制方法;二是从电机本体的结构参数出发,利用电机结构设计以抵消磁阻转矩,是一种主动的本质性的消除方法.

收稿日期:2001211212.　作者简介:王兴华(1969～),男,博士生,现为山东大学讲师;励庆孚(联系人),男,教授,博士生导师.

　第6期　　　　　　　　　　　　　　　　　王兴华,等:永磁电机磁阻转矩的抑制方法577

∞

　　本文主要从电机设计角度讨论磁阻转矩的消除方法.文献[1]利用遗传算法优化铁心形状,以减小磁阻转矩.文献[2]讨论了磁场分布形状对磁阻转矩波动的影响,指出采用正弦化磁场分布可以有效减小磁阻转矩,但会使电磁转矩波动加大.文献[3]较全面地介绍了在分数槽绕组中,磁阻转矩与永磁体极弧系数和每极每相槽数q之间的配合关系,可有效消除磁阻转矩,但它忽略了气隙磁导的高次谐波含量.文献[4]介绍了利用斜槽消除磁阻转矩的一种解析计算方法,但斜槽对于槽数较少的微型永磁电机不适用.基于以上问题,本文首先分析、推导了磁阻转矩的计算公式,然后从谐波分析的角度对定子齿面加辅助凹槽、的原理进行了阐述,实现原则,,文的结论是正确的,依据.

∞

m

2

　　　　μ

200

∞

∞

)]+Bcos[ip(θ+γ

∑

2

i

2

i

i=1j=i+1,i+2

∑∑2BBcos[ip(θ+γ)]cos[jp(θ+γ)]

ijπ2

θ=d

　　　μ200　　μ

20

∞

22

)]Bcos[ip(θ+γ∑i

im

∞

dθ=

θ+α

t

i

22

)]dθBcos[ip(θ+γ∑∑∫

i

i

t=1

(3)

θ

t

式中:r为气隙平均半径;;l为电枢

;m;;θt为第t个t(t-1)αt.

,永磁电机磁阻转矩为

)=-T(γ=-2

B{cos[2ip(θ+γ+α)]-∑∑4μ0

i

t

t

i=1t=1

∞m

)]}=cos[2ip(θt+γ

2

α)sinBsin(ip∑∑2μ0

i

t

i=1t=1

1　磁阻转矩的计算

永磁电机的磁阻转矩是在电枢绕组不通电的状态下,由永磁体产生的磁场同电枢铁心的齿槽作用在圆周方向产生的转矩,又称齿槽定位力矩.　　当永磁电机极弧系数αp与每极每相槽数q符合

αp=1-　K=1,2,…,6q-16q

(1)

2ip(θt+γ+αt/2)

=(4)

∞m

K

i=1t=1

∑∑xsin

i

2ip(θt+γ+αt/2)

时,电机的磁阻转矩理论上应为0[3],但是由于永磁磁极的边缘效应及气隙磁导的高次谐波含量,导致磁阻转矩并不为0.可以用能量虚位移法来计算磁阻转矩,即利用电机总的励磁磁能对电机转角的变化率进行磁阻转矩计算.

永磁电机磁能储存在气隙、铁心和永磁体内.当只有永磁体激磁时,引起磁阻转矩的磁能变化主要在气隙内,可以忽略铁心、永磁体内的磁能变化.以A相绕组的轴线位置为坐标原点建立极坐标系,当

α式中:　K=μ;　xi=B2isin(ipt).20

从上式可看出,永磁电机磁阻转矩由2、4、6等2i次谐波构成,其2i次谐波的幅值xi与气隙磁密的第i次谐波分量的幅值Bi有关,由于Bi幅值随谐波次数i的增高而减小,其对应的磁阻转矩幅值也相应减小.为讨论方便,以2次谐波作为磁阻转矩的基波.

2　定子齿面加辅助凹槽

通常永磁电机采用调节极宽与槽节距比来减小磁阻转矩,但效果不是很明显,而定子齿面加辅助凹槽可以有效地减小磁阻转矩,对于每极每相槽数q较小的永磁电机非常适用.　　图1为一台6极9槽永磁电机定子齿面未加凹槽、加1个凹槽、加2个凹槽的结构图.可根据式(4)来分析上述各种情况下的磁阻转矩的特点.如图1a所示,定子齿面未加凹槽,其6q=3,为奇数,磁阻转矩的1次谐波为

)=3Kx1sin2(3θ)+T1(γ1+3γ+3

)+sin2(3θ)=0sin2(3θ1+3γ+π1+3γ+3

转子N极的轴线位于γ角位置时,气隙磁密的傅里叶展开式为

∞

)=B(γ,θ

i=1

∑Bcos[ip(θ+γ)]

i

(2)

式中:p为永磁电机极对数.气隙磁场储能为

π2

　W(γ)=μ

200

∑

i

∞

)]Bicos[ip(θ+γ

2

dθ=

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2次谐波为　　T5(γ)=T6(γ)=T7(γ)=T8(γ)=0

)]　　T9(γ)=3Kx9[9sin18(3θ1+3γ

)+3)+sin4(3θ)=0sin4(3θ1+3γ+π1+3γ+3

)=3Kx2sin4(3θT2(γ1+3γ+

3次谐波为

π

)+3)+sin6(3θ)=sin6(3θ1+3γ+π1+3γ+3

)]3Kx3[3sin6(3θ1+3γ

)=3Kx3sin6(3θT3(γ1+3γ+

同理有

　　T4(γ)=T5(γ)=T7(γ)=T8(γ)=0

)]　　T6(γ)=3Kx6[3sin12(3θ1+3γ)]　　T9(γ)=3

Kx9[3sin18(3θ1+3γ

其磁阻转矩最低次谐波为9,其中3次、6次谐波被

完全抵消,故幅值较前两者可明显降低.

由上述分析结果可看出如下结论.

(1)在满足式(1)的前提下,磁阻转矩的基波及(1～6q-1)次分量均被有效抵消,这与文献[3]中的结论相吻合,但对于6q及其倍数次谐波则不能消除,因此可通过加辅助凹槽,q值增大,,使式(4)中的xi降低,,增加,,也有利于减.

(,应使每对极的槽数6q为奇,这样相邻N、S极下齿槽的磁阻转矩相位差 …… 此处隐藏：4484字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……