分數(shù)槽永磁同步電機氣隙磁場的分析與噪聲抑制
王巍，宋志環(huán)，于慎波，唐任遠
（沈陽工業(yè)大學國家稀土永磁電機工程技術(shù)研究中心，沈陽110178）
摘要：運用解析的方法推導了分數(shù)槽永磁同步電機氣隙磁場的解析表達式，分析了空載氣隙磁場的諧波次數(shù)與頻率的分布特性，通過推導得出，在單元電機定子槽數(shù)為奇數(shù)及偶數(shù)時，諧波分布的次數(shù)不同。同時對一臺盤式電機進行電磁噪聲計算及抑制方法研究，分析了計算極弧同數(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；分數(shù)槽；諧波分布；噪聲抑制
中圖分類號：tm351；tiv1341 文獻標志碼：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，是引起電機電磁振動與噪聲的主要原因。確定定子、轉(zhuǎn)子磁密諧波次數(shù)及幅值，是計算電磁噪聲及確定噪聲源的關(guān)鍵。分數(shù)槽永磁同步電機中，定子側(cè)產(chǎn)生磁密的基波及諧波計算公式與普通電機的公式相同。而永磁體產(chǎn)生磁密的諧波分布相對復雜。運用有限元的方法可以計算出永磁體產(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。針對永磁同步電機空載氣隙磁場解析表達式的研究幾近成熟，并且在考慮定子開槽的影響時，一致認為磁場的諧波次數(shù)為np±in,p為電機極對數(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，其空載諧波磁場的分布次數(shù)在單元電機定子槽數(shù)為奇數(shù)及偶數(shù)時不同。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式
1. 1定子不開槽時永磁體產(chǎn)生氣隙磁密分布
本文采用的模型及推導的公式適用于徑向充磁的徑向結(jié)構(gòu)永磁同步電機磁場分布、及軸向充磁盤式永磁同步電機中的單邊結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，及內(nèi)轉(zhuǎn)子ns磁路結(jié)構(gòu)電機某一半徑處的磁場分布。以單元電機為研究對象，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，在定、轉(zhuǎn)子的某一相對位置處，將電機沿轉(zhuǎn)子表面展開，相對位置及坐標原點的確定以計算方便為準則。設(shè)定子不開槽時，電機為均勻氣隙，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總氣隙長度隨位置的變化。在某一時刻，定子開槽情況永磁體產(chǎn)生磁密的表達式可以表示為：
首先忽略漏磁及飽和，在導出表達式后，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為單元電機氣隙平均直徑。
首先推導p1為偶數(shù)情況。
定子不開槽時，永磁體產(chǎn)生氣隙磁密方波分布及坐標選取如圖1所示。
式中，αi為計算極弧因數(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)進行傅里葉變換，得氣隙磁密表達式如式(4)所示。
經(jīng)推導，p1為奇數(shù)時氣隙磁密表達式與p1 |
