結(jié)構(gòu)對永磁雙凸極電機性能影響的分析
孫亞萍1，閔 瑩2，胡春玉3
(1杭州師范大學錢江學院，杭州310012；2．廣州民航職業(yè)技術(shù)學院
廣州510403；3江蘇海事職業(yè)技術(shù)學院，南京211170)
摘要：通過對永磁雙凸極電機的建模及仿真，分析了電機結(jié)構(gòu)變化對永磁雙凸極電機性能的影響，如：定子磁軛厚度、轉(zhuǎn)子極弧寬度和轉(zhuǎn)子斜槽角度；最后分析了齒槽定位力矩的產(chǎn)生，并提出了減小定位力矩的方法。
關(guān)鍵詞：永磁電機；雙凸極電機；結(jié)構(gòu)；性能；定位力矩
1結(jié)構(gòu)
圖1所示為12／8永磁雙凸極電機截面圖。雙凸極電機在結(jié)構(gòu)上和開關(guān)磁阻電機相似，其定轉(zhuǎn)子均為凸極齒槽結(jié)構(gòu)，由硅鋼片疊壓而成，采用集中繞組。
2 建模及仿真
根據(jù)永磁雙凸極的特點，做如下假設(shè)[1-4]：①忽略電機端部效應(yīng)，電機磁場沿軸向均勻分布；②鐵芯沖片材料各向同性，且磁化曲線是單值的，即忽略磁滯效應(yīng)；③電機機殼外部和轉(zhuǎn)軸磁場忽略不計，即定子外表面圓周和轉(zhuǎn)子內(nèi)表面圓周為一零矢量位面；④忽略鐵心的渦流效應(yīng)。
永磁雙凸極電機結(jié)構(gòu)參數(shù)為：鐵心材料：D41，轉(zhuǎn)子疊厚：100mm，轉(zhuǎn)子齒高：20．5mm，轉(zhuǎn)子外徑：78mm，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑：58 mm，定子齒高：14．7mm，定子疊厚：100 mm，定子外徑：166mm，定子內(nèi)徑：150m，永磁厚度：7mm，氣隙：0.8mm，定轉(zhuǎn)子極�。�30。／30。，永磁體矯頑力：600 kA/m。
若定義A相定子齒和轉(zhuǎn)子齒完全重合時為22．5。，則轉(zhuǎn)子位置從0。轉(zhuǎn)到45。為一個周期。圖2(a)為B相定子齒與轉(zhuǎn)子齒重合時永磁電機空載時的1／4磁場分布圖。圖2(b)為無永磁體時永磁電機的1／4電樞反應(yīng)磁場分布圖。
雙凸極電機磁路比較復雜，為了便于分析，假設(shè)電機大部分磁力走的路線為電機磁路，則定子軛部的磁路類似于一個E形磁路，其中，c相繞組繞在中間鐵心上，A、B相繞組分別繞在兩邊的鐵心上，此時B相電樞電流作為磁勢時產(chǎn)生的磁力線通過A相時的磁路要比c相電樞電流作為磁勢產(chǎn)生的磁力線通過A相時的磁路長，那么相應(yīng)的磁阻也大，即Rab|b>Rac|c。理想情況下，B相電樞繞組電流產(chǎn)生的磁力線全部都通過B、c相之間的定子磁軛，而c相電流產(chǎn)生的磁力線除了通過B、c之間的磁軛，但還有一部分通過A、c之間的磁軛，故φbc|b>φbc|c，在B、c相定子齒上繞相同匝數(shù)的電樞繞組，并且在繞組上通人相同的電流，也即磁勢相同的情況下，根據(jù)磁路歐姆定律，那么B、c段定子磁軛的磁阻在B、c相電樞電流分別作為磁勢時大小比較為B相的大于c相，即Rbc|b>Rbc|c。由于兩種情況下的氣隙磁阻相等，故總的磁阻R|b>R|c，所以c相電樞繞組的電感、磁鏈值均大于B相。由于A相和B相靜態(tài)特性關(guān)于c相定子齒中心線對稱，那么c相電樞繞組的電感、磁鏈值也將大于A相的值。
3結(jié)構(gòu)變化對電機性能影響
3．1定子磁軛變化對電機性能的影響
永磁雙凸極電機空載時，電樞繞組自感關(guān)于轉(zhuǎn)子位置角的變化曲線如圖3所示。可以看出電機三相很不對稱，其中，c相的電感值要比A、B兩相的電感值大。這主要是由于電機永磁體的磁阻大而造成A、B相電樞電流作為磁勢時的磁路和c相電樞電流作為磁勢時的磁路不同，從而引起電機定子磁軛上磁阻的區(qū)別。雙凸極電機的不對性程度也表明了電機定子磁軛的磁阻在總磁阻中所占比例的大小，越不對稱，則磁軛磁阻所占比例越大。當電機定子磁軛加寬，根據(jù)磁阻公式R=l/μ.s，如果s增大，那么電機定子磁軛的磁阻也將下降，此時，定子磁軛的磁阻對總磁阻的影響程度就減少了，氣隙磁阻占總磁阻的主要部分，故加寬定子磁軛，雙凸極電機的對稱性相對原來電機模型要好，如圖3(b)和(c)所示。
3．2轉(zhuǎn)子極弧對電機性能的影響
為了分析轉(zhuǎn)子極弧變化對雙凸極電機性能的響，本文對雙凸極電機的轉(zhuǎn)子極弧加寬1．5。、3。、4．5。機械角度分別進行建模仿真。12／8極永磁雙凸極電機空載，在6 000 r／min轉(zhuǎn)速下其仿真磁鏈波形如圖4所示。
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