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