表貼式無刷電機(jī)磁鋼寬度的選擇與分析
李新華，莊百興
(1．湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢432200；2．東莞市阪神電機(jī)有限公司，廣東東莞523018)
摘要：文章分析了表貼式無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼寬度與氣隙磁密波形的關(guān)系，推導(dǎo)了磁鋼采用平行邊切割工藝條件下氣隙磁密的計(jì)算公式，樣機(jī)繞組反電動勢試驗(yàn)波形驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)論的正確性。
關(guān)鍵詞：無刷電機(jī)；磁鋼寬度；氣隙磁密：夏電動勢
0引言
三相永磁無刷直流電機(jī)通常采用兩兩導(dǎo)通、方波電流方式。兩兩導(dǎo)通模式下，理論上要求三相無刷直流電機(jī)每相繞組反電動勢波形為方波或者梯形波，且波形平項(xiàng)部分寬度達(dá)到1200電角度以上。而當(dāng)平頂部分寬度不夠時(shí)．會導(dǎo)致通入的方波電流產(chǎn)生脈動，如圖1所示，從而導(dǎo)致產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩脈動，最終引起電機(jī)的振動和噪聲。所以，在方波無刷電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮反電動勢波形平頂部分的寬受。
氣隙磁密波形是影響繞組反電動勢波形的一個(gè)直接原因。由于工藝簡單，工程應(yīng)用中廣泛采用表貼式磁鋼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，而磁鋼的形狀和寬度的選擇，直接的影響電機(jī)氣隙磁密波形。本文在解析法的基礎(chǔ)上，分析了磁鋼寬度變化對反電動勢波形的影響，得出磁鋼寬度的選擇依據(jù)，并用樣機(jī)試驗(yàn)波形驗(yàn)證了相關(guān)結(jié)論。
1磁鋼寬度與氣隙磁密波形的關(guān)系
1 .1瓦形徑向充磁磁鋼
對于表貼式永磁無刷電機(jī)，其磁鋼充磁方向主要為徑向充磁和平行充磁兩種。無刷直流電機(jī)為了獲得足夠的極弧寬度，一般都采用徑向充磁方式，以達(dá)到氣隙磁密波形為方波的效果。本文正是以徑向充磁釹鐵硼磁鋼為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行討論和分析。
1 2分析假設(shè)
本文分析模型基于2極3槽單元電機(jī)結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)樣機(jī)為8極12槽內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。分析時(shí)做如下假設(shè)：
①不考慮電機(jī)齒槽效應(yīng)，用卡特系數(shù)考
慮開槽影響；
②忽略端部效應(yīng)，采用二維模型分析；
⑧電機(jī)鐵心磁導(dǎo)率視為無窮大；
④分析區(qū)域電導(dǎo)率視為零；
⑤磁鋼各向同性，退磁曲線為線性。
1. 3氣隙磁密的計(jì)算
文獻(xiàn)[1]推導(dǎo)了一種半解析法計(jì)算氣隙磁密的方法，其基本思
想是利用等效電流源替代永磁體所產(chǎn)生磁場，分析模型如圖3。
圖中，a為定子內(nèi)徑，b為轉(zhuǎn)子鐵心外徑，rl、r2分別為磁鋼內(nèi)
外表面圓弧的半徑。
根據(jù)此模型可以推導(dǎo)出氣隙磁密表達(dá)式為
其中
式中，p——極對數(shù)；a——永磁體極弧角；x——永磁體極化系數(shù)；B，——永磁體剩磁。
1 4改進(jìn)氣隙磁密計(jì)算方法
模型使用如圖4b理想等厚瓦形磁鋼進(jìn)行推導(dǎo)，而在工程應(yīng)用中，為了降低磁鋼加工成本，磁鋼則采用等徑平行邊切割，如圖4a圖所示。
對于等徑磁鋼，其磁鋼厚度是不均勻的，對稱中心線處的厚度****。但這種差異并不顯著，雖會影響B(tài)max但對氣隙磁密波形影響甚小，仍可以使用式(1)分析。但是，實(shí)際磁鋼的上下兩表面的極弧寬度不一致，則不能簡單忽略。因?yàn)閱为?dú)按照某一面的寬度進(jìn)行計(jì)算勢必產(chǎn)生誤差，從而影響氣隙磁密波形的寬度，因此需要對上式進(jìn)行修正�？紤]磁鋼上下極弧寬度不一致時(shí)，氣隙磁密的表達(dá)式為
式中，
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