收稿日期
:2002 - 07 - 31
U
形转子磁路结构永磁同步电动机极间漏磁分析
张 东
,
许家群
,
赵 清
,
金万兵
,
唐任远
(
沈阳工业大学
,
辽宁沈阳
110023)
Analyzing the Pole - to - pole Leakage Factor of PMSM with Rotor of U’
s Permanent Magnet
Z HA N G Don g , X U J i a
-
qu n , Z HA O Qi n g , J IN W an
-
bi n g , TA N G Ren
-
y uan
( Shenyang U niversity of Technology ,Liaoning Shenyang 110023 ,China)
摘 要
:
计算分析
U
型永磁体转子磁路结构永磁同步电
动机的隔磁措施对极间漏磁系数的影响
,
并得出了一些结论 。
关键词
:
永磁同步电动机
;
隔磁
;
极间漏磁系数
中图分类号
:TM341
文献标识码
:A
文章编号
:1004 - 7018( 2003) 03 - 0011 - 02
Abstract :The effect of flux - insulation met hods of pole - to - pole
leakage factor of PMSM wit h rotor of U
’
s permanent magnet are comput
2
ed and analyzed ,and some conclusions are given.
Keywords :PMSM ;flux - insulation ;pole - to - pole leakage
factor
永磁同步电动机具有效率高 、
功率因数高 、
起动转矩
大 、
过载能力强 、
运行可靠等优点
,
并在闭环控制系统中
,
易于实现类似电励磁直流电动机的调速性能 。所以永磁
同步电动机在一些要求比较高的控制领域
,
如航空航天 、
数控机床 、
电动汽车 、
电梯 、
机器人和家用电器等方面得
到了广泛应用 。
永磁同步电动机转子磁路结构有多种多样 。按照永
磁体在转子位置上的不同
,
永磁同步电动机的转子磁路
结构一般分为三种
:
表面式 、
内置式和爪极式 。表面式转
子磁路结构又分为凸出式 、
插入式和
Halbach
阵列三种 。
内置式转子磁路结构又分为径向式 、
切向式和混合式三
种 。其中以内置混合式转子磁路结构最为复杂
,
极间漏
磁的影响因素比较多
,
以下的计算分析主要是针对内置
混合式转子磁路结构中比较有代表性的
U
形磁路结构来
分析的 。结构如图
1
所示 。该结构结合了径向式和切向
式的优点
,
可以提高电动机的牵入同步能力 、
磁阻转矩和
电动机的过载倍数
,
这对电动车用驱动电机来讲是非常
重要的
;
同时
,
该结构提供了更多的永磁体摆放空间
,
从
而可以减小电机的体积
,
提高电机的功率密度 。
1
原 理
文献
[ 1 ]
对一般永磁同步电动机的极弧系数 、
气隙长
度 、
永磁体的磁化方向长度 、
隔磁桥的尺寸等对极间漏磁
的影响作了详细的描述 。本文是在此基础之上对
U
形转
子磁路结构永磁同步电动机的极间漏磁进行分析的 。由
于该电机的磁场分布比较复杂
,
本文主要从隔磁措施对
极间漏磁系数的影响进行研究 。
在求解极间漏磁场的分布时
,
采用矢量磁位
A
求解
,
从而得到它的求解模型
:
Ω
:
gp
gp
x
νgp
A
gp
x
+
gp
gp
y
νgp
A
gp
B
= - J
(1)
Г
: A =
0
(2)
l :
ν
1
gp
A
gp
n
-
ν
2
gp
A
gp
n
= J
s
(3)
式中
:
Ω 为求解场域
(
如图
1
所示
) ;
Г为第一类齐次边界
条件
MM
1
; l
为模拟永磁体等效面电流边界
AA
1
、
BB
1
、
CC
1
、
DD
1
、
EE
1
、
FF
1
;
ν为磁阻率
; A
为矢量磁位
,
因为
A
只有
z
轴分量
,
故可以写成标量形式
; J
为源电流密度
z
轴分量
; J
s
为模拟永磁体的等效面电流密度
,
法线
n
从永
磁体指向外部 。
图
1
U
形转子磁路结构永磁同步电动机的求解场域分布
(
图中
A
、
B
、
E
、
F
、
N
、
N
1
分别在极间的分界线上
)
通过电磁场计算
,
可得到场域中各个点的矢量磁位
A ,
从而可以求得极间漏磁系数 σ
1
。
σ
1
=
| A
A
- B
B
| +| A
C
- A
D
| +| A
E
- A
F
|
| A
N
- A
N1
|
(4)
式中
: A
K
为求解场域内的第
K
点的矢量磁位的
z
轴分
量
, K
分别为
:
A
、
B
、
C
、
D
、
E
、
F
、
N
、
N
1
。
2
计算分析
计算分析是对一台
15kW
、
6
极的永磁同步电动机进
行分析的
,
如图
2
所示 。图
3
中
t
代表切向永磁体顶部
与转子表面的隔磁区域的宽度
, s
代表切向永磁体所在槽
沿永磁体宽度方向裕留区域的长度
, d
代表径向永磁体
所在槽沿永磁体宽度方向左右两侧裕留区域的长度 。图
中样机切向永磁体沿磁力线方向的长度是
14mm ,
径向沿
1
1
U
形转子磁路结构永磁同步电动机极间漏磁分析
D
设计分析
esign and analysis