基于有限元法的新型軸向磁場(chǎng)磁通切換型
永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩分析
張磊，林明耀，李鑫
（東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，南京210096）
摘要：永磁電機(jī)中永磁體與有槽電樞鐵心之間的相互作用，產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩，引起電機(jī)振動(dòng)和噪聲。文章采用全場(chǎng)域三維有限元分析方法，對(duì)軸向磁場(chǎng)磁通切換型永磁(affspm)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了仿真計(jì)算，研究了影響affspm電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的因素，給出了削弱齒槽轉(zhuǎn)矩的有效方法，為電機(jī)的****設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：軸向磁場(chǎng)；磁通切換；永磁電機(jī)；齒槽轉(zhuǎn)矩；三維有限元分析
中圖分類號(hào)：tm351 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)03-0018-03
0引 言
齒槽轉(zhuǎn)矩的存在，給永磁電機(jī)尤其是高精度永磁電機(jī)的性能帶來了不利的影響，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)
行中產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲或起動(dòng)困難等。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)必須克服齒槽轉(zhuǎn)矩才能正常起動(dòng)和運(yùn)行。齒槽轉(zhuǎn)矩的大小是衡量風(fēng)力發(fā)電機(jī)性能好的重要指標(biāo)。相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生、計(jì)算和削弱方法進(jìn)行了研究，取得了大量成果。z．qzhu和s．m．hwang等人推導(dǎo)了永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達(dá)式[2_5]，山東大學(xué)王秀和教授等分析了永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱方法[6-8]。然而，上述文獻(xiàn)的研究是針對(duì)單定子永磁電機(jī)的。本文以一臺(tái)三相12/10極affspm電機(jī)為例，采用全場(chǎng)域三維有限元法，對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算，分析了影響齒槽轉(zhuǎn)矩的主要因素．在此基礎(chǔ)上，得到了削弱affspm電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的有效方法，為該電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了理論依據(jù)。分析中，通過在電機(jī)外圍加空氣罩來計(jì)及電機(jī)外圍漏磁的影響，使建立的有限元模型更接近實(shí)際情況。
1電機(jī)結(jié)構(gòu)
所研究的affspm電機(jī)樣機(jī)由兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子組成。每個(gè)定子由l2個(gè)“u”型導(dǎo)磁鐵芯、l2塊永磁體和12個(gè)線圈構(gòu)成。每個(gè)線圈繞在兩個(gè)相鄰“u”型導(dǎo)磁鐵芯的齒上，中間嵌入永磁體，永磁體沿切向交替充磁。兩側(cè)定子上正對(duì)的永磁體充磁方向相反。定子繞組采用集中繞組，
兩側(cè)正對(duì)的定子繞組相并聯(lián)。轉(zhuǎn)子共有10個(gè)齒（極），均勻設(shè)置在非導(dǎo)磁圓環(huán)的外圓周上。圖1為affspm電機(jī)的平面展開圖。
2有限元仿真
2.1有限元模型
為了考慮電機(jī)外圍漏磁對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩計(jì)算結(jié)果的影響，有限元建模時(shí)，在電機(jī)的外圍加上空氣罩，如圖2(a)所示。為了便于觀察，圖中只顯示電機(jī)一側(cè)定子的模型。圖2(b)為未考慮外圍漏磁時(shí)的電機(jī)有限元模型。為了減少計(jì)算量，空氣罩采用較粗的網(wǎng)格剖分。
2.2定子齒寬對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響
保持永磁體磁化厚度不變，增大定子齒寬，相應(yīng)減小定子槽口寬度。圖3為定子齒寬從占內(nèi)徑圓弧6.5。順次間隔0 5。增至8.5。時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩的變化增大.
2.3永磁體磁化厚度對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響
保持定子齒寬不變，增大永磁體磁化厚度，
相應(yīng)減小定子槽口寬。圖4為永磁體磁化厚度從占內(nèi)徑圓弧60順次間隔0 5度增至8度時(shí)，齒槽轉(zhuǎn)矩的變化情提。從圖中可以看出，齒槽轉(zhuǎn)矩先減小后
增大，在7.5度時(shí)最小。
2.4定子槽口寬對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響
在定子齒靠近定子槽側(cè)加倒角或磁性槽楔以減小槽口寬度。圖5足定子槽口寬分別為5.23 mm（未加倒角）、4 23 mm、3.23 mm和2.23 mm時(shí)齒槽轉(zhuǎn)矩的變化情況。從圖中可知，齒槽轉(zhuǎn)矩在投有倒角時(shí)最小，并隨 |
