正弦波永磁同步電機空載氣隙磁場分析
尹華杰 （華南理工大學廣州510641）
金振榮 林金銘 （華中理工大學）
【摘 要】用解析方法研究采用平行磁化、兩側邊平行、內外圓弧不同心永磁體表面安裝型的轉子同步電機空載氣隙磁場分布，并開發了求取****永磁體內外圓弧偏心距的程序，以設計具有正弦波空載氣隙永磁場的電機。解析法結果和有限元法結果吻合較好。
【敘 詞】永磁電機同步電機正弦形磁場形狀設計解析方法
1引言
在要求很高的驅動場合，采用pwm正弦波逆變器驅動、具有正弦形空載氣隙磁場、永磁體表面安裝型的永磁同步電機是較好的選擇。在設計中，永磁場的正弦性往往是靠表面瓦塊形永磁體的內、外圓弧偏心來保證的。本文采用解析的方法，準確確定這種結構電機的永磁場，從而快速、方便地給出優化的永磁體偏心距。
2永磁同步電機模型及永磁場級數解
2.1電機及永磁體模型
所研究電機一極的剖面圖如圖1所示。定子開槽及飽和效應分別用kδ系數k和飽和系數ks考慮。永磁體平行磁化（平行直軸），安裝在轉子表面，并作為空氣區看待，用系數  修正其相對磁導率大于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等效永磁體的勵磁作用。 2.1.1在永磁體的兩平行側面上
2.1.2在永磁體的內圓弧（以點d為圓心）上
2.1.3在永磁體外圓弧（以點d7為圓心）上
式中br為剩磁強度，μo為真空磁導率，θ如圖1所示。
2.2空載氣隙磁場的級數解
文獻1、2給定如圖2所示，理想電機的2p個載流線圈在定轉子靠氣隙表面產生的磁場為：
當求定子內表面磁場時，r=a求轉子鐵心表面磁場時，r=b對于實際電機，尚需應用kδ和ks將口修正為a=b+kδks(a-b)。
在永磁同步電機中，感興趣的是定子內表面的永磁場，將永磁體等效面電流看成無窮多個沿表面連續分布，載無窮小電流di的線圈，則圖1所示電機的2p個永磁體在定子內表面產生的磁密徑向分量各次諧波幅值f。可由迭加原理對式(5)沿永磁體表面積分而得：
可見，可以得到f。的下述表達式：
對于圖l的模型，由上式所得的諧波分析結果如圖3所示，同時給出了有限元結果以便比較(p=2，a=50mm，b= 40mm，δ=1.5mm，h=0,br= 1t,hc= 744. 26ka/m).
3正弦形空載磁場的產生及其影響因素
3.1正弦永磁場的建立
對于給定的永磁同步電機，氣隙永磁場的諧波總含量將隨永磁體內外圓弧偏心距的變化而變化。圖4所示模型永磁同步電機的諧波含量(ha/fw)，基波幅值fw隨偏心距^變化。適當選擇a、b、δ和h，將可獲得諧波含量極小的方案。
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