結(jié)構(gòu)對(duì)永磁雙凸極電機(jī)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(xué)錢(qián)江學(xué)院，杭州310012；2．廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院
廣州510403；3江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京211170)
摘要：通過(guò)對(duì)永磁雙凸極電機(jī)的建模及仿真，分析了電機(jī)結(jié)構(gòu)變化對(duì)永磁雙凸極電機(jī)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(jī)；雙凸極電機(jī)；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(jī)截面圖。雙凸極電機(jī)在結(jié)構(gòu)上和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)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(diǎn)，做如下假設(shè)[1-4]：①忽略電機(jī)端部效應(yīng)，電機(jī)磁場(chǎng)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(jī)機(jī)殼外部和轉(zhuǎn)軸磁場(chǎng)忽略不計(jì)，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(jī)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)子極弧：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(shí)為22．5。，則轉(zhuǎn)子位置從0。轉(zhuǎn)到45。為一個(gè)周期。圖2(a)為B相定子齒與轉(zhuǎn)子齒重合時(shí)永磁電機(jī)空載時(shí)的1／4磁場(chǎng)分布圖。圖2(b)為無(wú)永磁體時(shí)永磁電機(jī)的1／4電樞反應(yīng)磁場(chǎng)分布圖。
雙凸極電機(jī)磁路比較復(fù)雜，為了便于分析，假設(shè)電機(jī)大部分磁力走的路線為電機(jī)磁路，則定子軛部的磁路類(lèi)似于一個(gè)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(shí)B相電樞電流作為磁勢(shì)時(shí)產(chǎn)生的磁力線通過(guò)A相時(shí)的磁路要比c相電樞電流作為磁勢(shì)產(chǎn)生的磁力線通過(guò)A相時(shí)的磁路長(zhǎng)，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(guò)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(guò)B、c之間的磁軛，但還有一部分通過(guò)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(shì)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(shì)時(shí)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(duì)稱(chēng)，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(duì)電機(jī)性能影響
3．1定子磁軛變化對(duì)電機(jī)性能的影響
永磁雙凸極電機(jī)空載時(shí)，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(jī)三相很不對(duì)稱(chēng)，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(jī)永磁體的磁阻大而造成A、B相電樞電流作為磁勢(shì)時(shí)的磁路和c相電樞電流作為磁勢(shì)時(shí)的磁路不同，從而引起電機(jī)定子磁軛上磁阻的區(qū)別。雙凸極電機(jī)的不對(duì)性程度也表明了電機(jī)定子磁軛的磁阻在總磁阻中所占比例的大小，越不對(duì)稱(chēng)，則磁軛磁阻所占比例越大。當(dāng)電機(jī)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(jī)定子磁軛的磁阻也將下降，此時(shí)，定子磁軛的磁阻對(duì)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(jī)的對(duì)稱(chēng)性相對(duì)原來(lái)電機(jī)模型要好，如圖3(b)和(c)所示。
3．2轉(zhuǎn)子極弧對(duì)電機(jī)性能的影響
為了分析轉(zhuǎn)子極弧變化對(duì)雙凸極電機(jī)性能的響，本文對(duì)雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)子極弧加寬1．5。、3。、4．5。機(jī)械角度分別進(jìn)行建模仿真。12／8極永磁雙凸極電機(jī)空載，在6 000 r／min轉(zhuǎn)速下其仿真磁鏈波形如圖4所示。
整流后輸出電壓的脈動(dòng)按公式(U max-U |
