永磁同步電動機之于磁極分段的齒槽轉矩削弱方法

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

磁極之間的錯開角度直接決定了齒槽轉矩的削弱效果，下面推導當磁極段數k一定時相鄰兩段之間沿圓周方向錯開的角度：。從對齒槽轉矩的影響來看，磁極分段相當于將電機平均分成了k段，這k段電機的電樞鐵心沿圓周方向的位置相同，而轉子的位置則依次錯開Nsos，角度，根據式（5一9 )，這k段電機產生的齒槽轉矩分別為

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

圖5一9 ( e）為分3段時不同錯開角度對應的齒槽轉矩，其中曲線A 、 B 、 C分別為錯開角度為6 . 33 “ 、 6 . 67 ”和7o時的齒槽轉矩，可以看出，錯開角度對齒槽轉矩有較大影響，根據本節(jié)給出的確定方法得到的錯開角度對齒槽轉矩的削弱效果最好。圖5一9 "）給出了不同段數時的齒槽轉矩幅值，可以看出，齒槽轉矩幅值基本上隨著分段數的增大而減小。當分段數為2時，齒槽轉矩幅值不能被大幅度削弱。當分段數）3時，齒槽轉矩幅值變化不大，這意味著進一步增大分段數沒有太大意義。隨著分段數的增加，不能被磁極分段方法削弱的齒槽轉矩諧波的次數也增大。當分段數k為無窮大時，不能被磁極分段方法削弱的齒槽轉矩諧波的次數也為無窮大，這意味著齒槽轉矩被完全消除。但只要分段數不是無窮大，斜極和磁極分段在削弱齒槽轉矩方面就存在差別，某些特定齒槽轉矩諧波不能被磁極分段的方法削弱。