永磁同步電動(dòng)機(jī)之于磁極分段的齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法

圖5一6所示磁極的加工復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化工藝，可采用磁極分段的方法削弱齒槽轉(zhuǎn)矩。圖5一8 ( a）為常規(guī)的不分段磁極結(jié)構(gòu)。圖5一8 ( b）為分段磁極結(jié)構(gòu)，將每極永磁體沿軸向分成等長(zhǎng)的多段永磁體，這多段永磁體沿圓周方向依次錯(cuò)開一定角度。

磁極之間的錯(cuò)開角度直接決定了齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱效果，下面推導(dǎo)當(dāng)磁極段數(shù)k一定時(shí)相鄰兩段之間沿圓周方向錯(cuò)開的角度：。從對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響來(lái)看，磁極分段相當(dāng)于將電機(jī)平均分成了k段，這k段電機(jī)的電樞鐵心沿圓周方向的位置相同，而轉(zhuǎn)子的位置則依次錯(cuò)開Nsos，角度，根據(jù)式（5一9 )，這k段電機(jī)產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩分別為

然而，當(dāng)滿足刀N 。一1 , 2 , 3，…時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式與式（5一9）完全相同，即磁極分段對(duì)這些次數(shù)的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波沒有削弱作用。以6極、 9槽無(wú)刷直流電機(jī)為例，Np一2 , 0s：一400 。本例中的齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)電機(jī)的實(shí)際鐵心長(zhǎng)度。圖5一9 ( a）為該電機(jī)的截面圖，圖5一9 ( b）為軸向不分段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩。磁極分段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形是這樣計(jì)算的：首先用有限元法計(jì)算不分段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形，然后除以段數(shù)，就是一段產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩波形，對(duì)該齒槽轉(zhuǎn)矩波形按偏移角度平移，可得到其他各段的齒槽轉(zhuǎn)矩波形，將各段的齒槽轉(zhuǎn)矩波形逐點(diǎn)相加，就得到磁極分段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形。需要注意的是，若用有限元法計(jì)算出的不分段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形正負(fù)不對(duì)稱，采用此方法計(jì)算分段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩波形將產(chǎn)生很大誤差。若磁極軸向分為2段，則相鄰兩段錯(cuò)開100 。圖5一9（。）為軸向分2段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩，其中曲線A 、 B分別為兩段電機(jī)產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩，曲線C為總齒槽轉(zhuǎn)矩?？梢钥闯?，采用軸向分段法后齒槽轉(zhuǎn)矩大幅度下降，但沒有削弱4以及4的倍數(shù)次諧波。若磁極軸向分為3段，則相鄰兩段錯(cuò)開6 . 67 。 。圖5一9 ( d）為軸向分3段時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩，其中曲線A 、 B 、 C分別為三段電機(jī)產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩，曲線D為總齒槽轉(zhuǎn)矩?？梢钥闯?，采用軸向分段法后齒槽轉(zhuǎn)矩大幅度下降，但沒有削弱6以及6的倍數(shù)次諧波。

圖5一9 ( e）為分3段時(shí)不同錯(cuò)開角度對(duì)應(yīng)的齒槽轉(zhuǎn)矩，其中曲線A 、 B 、 C分別為錯(cuò)開角度為6 . 33 “ 、 6 . 67 ”和7o時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩，可以看出，錯(cuò)開角度對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩有較大影響，根據(jù)本節(jié)給出的確定方法得到的錯(cuò)開角度對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱效果最好。圖5一9 "）給出了不同段數(shù)時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩幅值，可以看出，齒槽轉(zhuǎn)矩幅值基本上隨著分段數(shù)的增大而減小。當(dāng)分段數(shù)為2時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩幅值不能被大幅度削弱。當(dāng)分段數(shù)）3時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩幅值變化不大，這意味著進(jìn)一步增大分段數(shù)沒有太大意義。隨著分段數(shù)的增加，不能被磁極分段方法削弱的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波的次數(shù)也增大。當(dāng)分段數(shù)k為無(wú)窮大時(shí)，不能被磁極分段方法削弱的齒槽轉(zhuǎn)矩諧波的次數(shù)也為無(wú)窮大，這意味著齒槽轉(zhuǎn)矩被完全消除。但只要分段數(shù)不是無(wú)窮大，斜極和磁極分段在削弱齒槽轉(zhuǎn)矩方面就存在差別，某些特定齒槽轉(zhuǎn)矩諧波不能被磁極分段的方法削弱。