正弦波永磁同步電機(jī)空載氣隙磁場(chǎng)分析
尹華杰 （華南理工大學(xué)廣州510641）
金振榮 林金銘 （華中理工大學(xué)）
【摘 要】用解析方法研究采用平行磁化、兩側(cè)邊平行、內(nèi)外圓弧不同心永磁體表面安裝型的轉(zhuǎn)子同步電機(jī)空載氣隙磁場(chǎng)分布，并開發(fā)了求取****永磁體內(nèi)外圓弧偏心距的程序，以設(shè)計(jì)具有正弦波空載氣隙永磁場(chǎng)的電機(jī)。解析法結(jié)果和有限元法結(jié)果吻合較好。
【敘 詞】永磁電機(jī)同步電機(jī)正弦形磁場(chǎng)形狀設(shè)計(jì)解析方法
1引言
在要求很高的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，采用pwm正弦波逆變器驅(qū)動(dòng)、具有正弦形空載氣隙磁場(chǎng)、永磁體表面安裝型的永磁同步電機(jī)是較好的選擇。在設(shè)計(jì)中，永磁場(chǎng)的正弦性往往是靠表面瓦塊形永磁體的內(nèi)、外圓弧偏心來保證的。本文采用解析的方法，準(zhǔn)確確定這種結(jié)構(gòu)電機(jī)的永磁場(chǎng)，從而快速、方便地給出優(yōu)化的永磁體偏心距。
2永磁同步電機(jī)模型及永磁場(chǎng)級(jí)數(shù)解
2.1電機(jī)及永磁體模型
所研究電機(jī)一極的剖面圖如圖1所示。定子開槽及飽和效應(yīng)分別用kδ系數(shù)k和飽和系數(shù)ks考慮。永磁體平行磁化（平行直軸），安裝在轉(zhuǎn)子表面，并作為空氣區(qū)看待，用系數(shù)  修正其相對(duì)磁導(dǎo)率大于1的影響。這里x m力永磁體的磁化率。用等效面電流λ 1、λ 2、λ 3等效永磁體的勵(lì)磁作用。 2.1.1在永磁體的兩平行側(cè)面上
2.1.2在永磁體的內(nèi)圓�。ㄒ渣c(diǎn)d為圓心）上
2.1.3在永磁體外圓�。ㄒ渣c(diǎn)d7為圓心）上
式中br為剩磁強(qiáng)度，μo為真空磁導(dǎo)率，θ如圖1所示。
2.2空載氣隙磁場(chǎng)的級(jí)數(shù)解
文獻(xiàn)1、2給定如圖2所示，理想電機(jī)的2p個(gè)載流線圈在定轉(zhuǎn)子靠氣隙表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)為：
當(dāng)求定子內(nèi)表面磁場(chǎng)時(shí)，r=a求轉(zhuǎn)子鐵心表面磁場(chǎng)時(shí)，r=b對(duì)于實(shí)際電機(jī)，尚需應(yīng)用kδ和ks將口修正為a=b+kδks(a-b)。
在永磁同步電機(jī)中，感興趣的是定子內(nèi)表面的永磁場(chǎng)，將永磁體等效面電流看成無窮多個(gè)沿表面連續(xù)分布，載無窮小電流di的線圈，則圖1所示電機(jī)的2p個(gè)永磁體在定子內(nèi)表面產(chǎn)生的磁密徑向分量各次諧波幅值f。可由迭加原理對(duì)式(5)沿永磁體表面積分而得：
可見，可以得到f。的下述表達(dá)式：
對(duì)于圖l的模型，由上式所得的諧波分析結(jié)果如圖3所示，同時(shí)給出了有限元結(jié)果以便比較(p=2，a=50mm，b= 40mm，δ=1.5mm，h=0,br= 1t,hc= 744. 26ka/m).
3正弦形空載磁場(chǎng)的產(chǎn)生及其影響因素
3.1正弦永磁場(chǎng)的建立
對(duì)于給定的永磁同步電機(jī)，氣隙永磁場(chǎng)的諧波總含量將隨永磁體內(nèi)外圓弧偏心距的變化而變化。圖4所示模型永磁同步電機(jī)的諧波含量(ha/fw)，基波幅值fw隨偏心距^變化。適當(dāng)選擇a、b、δ和h，將可獲得諧波含量極小的方案。
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