机车电传动
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永磁电机齿槽转矩及其计算方法探究

  摘 要:永磁电机中,永磁体与有槽电枢铁心间相互作用,不可避免地会产生齿槽转矩,引起永磁电动机输出扭矩出现波动,产生振动与噪声,影响系统的控制精度。本文从齿槽转矩产生机理出发,研究了一种计算方法,合理地设计定子槽数与磁极极数,降低齿槽转矩,永磁电机运行平稳,易于控制,为样机制造提供理论依据。


  关键词:永磁电机;齿槽转矩;电机控制


  引言


  齿槽转矩是永磁电机特有的问题,是高性能永磁电机设计与制造过程中必须解决的关键问题。目前国内减小齿槽转矩的方法有很多,如改变永磁体参数、改变电枢参数的方法及电枢槽数和极数的合理配置等等。


  1.齿槽转矩与电枢槽数与极数的关系


  在一个齿距内,齿槽转矩是周期性变化的,原因是电枢齿槽与转子相对位置在一个齿距内是变化的,这个变化周期取决于极数与电枢槽数,我们设定极数为2p,槽数为Q,三相电机每极每相槽数q=,永磁电机中q一般为分数。常写成,其中b为整数,为分数部分,令,式中的意义是在于每相有e个永磁体磁极完全对准其所应对准的电枢槽数,其余的永磁体磁极都偏离它们应对准的电枢齿。如电枢每极每相槽数q=,60极,三相电机,说明每相有1 个永磁体磁极完全对准其所应对准的电枢齿,三相共3个永磁体互成60度均匀分布在转子的圆周上,其余57个对称偏离,这时永磁体磁极会自动寻找路径最短且磁导高的物体作为其磁通路径。


  改变磁极参数是通过改变对齿槽转矩起作用的Brn的幅值,达到削弱齿槽转矩的目的。这类方法有:改变磁极的极弧系数、采用不等厚永磁体、磁极偏移、斜极、磁极分段、不等极弧系数组合和采用不等极弧系数等。


  改变电枢参数能对齿槽转矩起主要作用的Gn的幅值,进而削弱齿槽转矩。这类方法主要包括:改变槽口宽度、改变齿的形状、不等槽口宽、斜槽、在齿上开辅助槽等。


  合理选择电枢槽数和极数:该方法的目的在于通过合理的选择电枢槽数和极数,改变对齿槽转矩起主要作用的Gn的次数和大小,从而削弱齿槽转矩。


  2.齿槽转矩计算


  永磁体对电枢齿的作用力FS,式中:B为气隙磁密,单位T;


  μ为真空绝对磁导率,μ=,单位H/m;


  S永磁体磁极面积,单位,


  ,式中bp为永磁体极弧长度


  Lef为永磁体长度


  我们用极弧长度bp所对应的圆弧角度θ来表示转子转过的角度,


  式中D为转子直径


  当有3e个磁极完全对准其对应的电枢槽时:


  齿槽转矩


  =


  由上式可知,e越多,则齿槽转矩就越大。


  3.实例,我公司在75kW,永磁牵引电机上采用了此技术,样机制造出来之后,有效地减小齿槽转矩。


  参考文献


  表贴式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法研究 刘婷 湖南大学 2012-12-01


  基于不等槽口宽配合的永磁电动机齿槽转矩削弱方法 杨玉波 电工技术学报 2005-03-26


  定子齿开槽对永磁电机齿槽转矩的影响 夏加宽; 于冰 微电机 2010-07-28


  作者简介:谢裕钦(1987-09),男,电机工程师,中冶京诚(湘潭)重工设备有限公司,主要研究方向:牵引电机设计,结构优化设计,有限元分析。


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