分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)氣隙磁場的分析與噪聲抑制
王巍,宋志環(huán),于慎波,唐任遠(yuǎn)
(沈陽工業(yè)大學(xué)國家稀土永磁電機(jī)工程技術(shù)研究中心,沈陽110178)
摘要:運(yùn)用解析的方法推導(dǎo)了分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)氣隙磁場的解析表達(dá)式,分析了空載氣隙磁場的諧波次數(shù)與頻率的分布特性,通過推導(dǎo)得出,在單元電機(jī)定子槽數(shù)為奇數(shù)及偶數(shù)時(shí),諧波分布的次數(shù)不同。同時(shí)對一臺盤式電機(jī)進(jìn)行電磁噪聲計(jì)算及抑制方法研究,分析了計(jì)算極弧同數(shù)、定子槽深與總氣隙長度的比值等參數(shù),對噪聲抑制的作用。
關(guān)鍵詞:永磁同步電機(jī);分?jǐn)?shù)槽;諧波分布;噪聲抑制
中圖分類號:tm351;tiv1341 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a 文章編號:1001-6848f 2010)06 0001 06
0 引 言
定、轉(zhuǎn)子諧波磁場相互作用產(chǎn)生的低階力波,或頻率與定子固有頻率相近的力波,是引起電機(jī)電磁振動(dòng)與噪聲的主要原因。確定定子、轉(zhuǎn)子磁密諧波次數(shù)及幅值,是計(jì)算電磁噪聲及確定噪聲源的關(guān)鍵。分?jǐn)?shù)槽永磁同步電機(jī)中,定子側(cè)產(chǎn)生磁密的基波及諧波計(jì)算公式與普通電機(jī)的公式相同。而永磁體產(chǎn)生磁密的諧波分布相對復(fù)雜。運(yùn)用有限元的方法可以計(jì)算出永磁體產(chǎn)生的磁密分布,并通過諧波分析獲得諧波分布,但不能明確各量之間及其與諧波次數(shù)與幅值問的解析關(guān)系,不便于噪聲抑制。針對永磁同步電機(jī)空載氣隙磁場解析表達(dá)式的研究幾近成熟,并且在考慮定子開槽的影響時(shí),一致認(rèn)為磁場的諧波次數(shù)為np±in,p為電機(jī)極對數(shù),n為定予槽數(shù),n=l,3,5…。本文將采取簡化的于段證明多極少槽永磁同步電機(jī),其空載諧波磁場的分布次數(shù)在單元電機(jī)定子槽數(shù)為奇數(shù)及偶數(shù)時(shí)不同。采取的方法是蔭.先分析定子不開槽情況永磁體磁密方波的諧波分布,然后分析定子開槽對氣隙磁密的影ⅱ向。通過該表達(dá)式能更清楚地分析出諧波產(chǎn)生的原因,及各參量與諧波分布的關(guān)系,有利于噪聲的分析與抑制。
1永磁體產(chǎn)生磁密分布的解析表達(dá)式
1. 1定子不開槽時(shí)永磁體產(chǎn)生氣隙磁密分布
本文采用的模型及推導(dǎo)的公式適用于徑向充磁的徑向結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)磁場分布、及軸向充磁盤式永磁同步電機(jī)中的單邊結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),及內(nèi)轉(zhuǎn)子ns磁路結(jié)構(gòu)電機(jī)某一半徑處的磁場分布。以單元電機(jī)為研究對象,p1表示其極對數(shù),z1為定子槽數(shù),本文分別討論z1為奇數(shù)及偶數(shù)情況。分析時(shí),在定、轉(zhuǎn)子的某一相對位置處,將電機(jī)沿轉(zhuǎn)子表面展開,相對位置及坐標(biāo)原點(diǎn)的確定以計(jì)算方便為準(zhǔn)則。設(shè)定子不開槽時(shí),電機(jī)為均勻氣隙,定子開槽后,總氣隙長度變成隨位置變換的周期函數(shù),δ、δ(x)分別為定子不開槽及開槽時(shí)總氣隙長度隨位置的變化。在某一時(shí)刻,定子開槽情況永磁體產(chǎn)生磁密的表達(dá)式可以表示為:
首先忽略漏磁及飽和,在導(dǎo)出表達(dá)式后,分別以漏磁系數(shù)δ0和飽和系數(shù)kδ來表示漏磁和磁路飽和的影響。設(shè)轉(zhuǎn)子表面光滑,定子開槽,b0、ho、t1、b1、τ、δ分別代表槽口寬、槽深、齒距、齒頂寬、極距及總氣隙長度(永磁體磁化方向長度hm與氣隙長度δ0之和)。定義單元電機(jī)電角度為2π,t11、b11、τ及b0,分別為t1、b1、τ及b0的電角度值,如式(2)所示。dc為單元電機(jī)氣隙平均直徑。
首先推導(dǎo)p1為偶數(shù)情況。
定子不開槽時(shí),永磁體產(chǎn)生氣隙磁密方波分布及坐標(biāo)選取如圖1所示。
式中,αi為計(jì)算極弧因數(shù);bδ為永磁體產(chǎn)生方波磁密的幅值(t),bδ=bτhm/(hm+δ0);bτ為永磁體剩磁(t)l。
將brδ(x)進(jìn)行傅里葉變換,得氣隙磁密表達(dá)式如式(4)所示。
經(jīng)推導(dǎo),p1為奇數(shù)時(shí)氣隙磁密表達(dá)式與p1 |