转子斜级对开关磁通电机的影响研究.docVIP

  转子斜级对开关磁通电机的影响研究 杨俊友，曹琦* （沈阳工业大学电气工程学院，沈阳，110870） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：转子斜极是一种能有效削弱齿谐波、改善电机齿槽转矩和转矩脉动的方法。针对开关 磁通永磁电机具有非常明显的聚磁效应，导致电机齿槽转矩偏大的问题，当转子斜级时，通 过三维有限元分析法，分析开关磁通电机在永磁磁链、齿槽转矩和反电势等方面的不同。研 究表明，采用合适角度的转子斜极可以大幅减小齿槽转矩，同时使电机各项性能得到改善。 关键词：开关磁通电机；转子斜级；齿槽转矩；反电动势；永磁磁链 中图分类号：TM351 Study on the Influence of Rotor-Skewing on Switching Flux Permanent Magnet Motor Yang Junyou, CaoQi (School of Electrical Engineering,Shenyang University of Technology,shenyang 110870) Abstract: Rotor skewing is an efficient method for reducing harmonics and minimizing cogging torque and torque ripple.For switching flux permanent magnet motor(SFPM) has very obvious assembled magnetic effect,it leads to the cogging torque slants large. Based on three-dimensional finite element analysis method, when the rotor is skewing,it analyes the different on SFPM about permanent magnet flux,cogging torque and EMF. Studies show that the cogging torque can be greatly reduced through adapting appropriate angle rotor skewing and the various performance of the motor is improved. Key words: SFPM; Cogging torque; Rotor-skewing; EMF; Permanent magnet flux 0 引言 开关磁通永磁是一种新型定子永磁型电机，结构简单，具有高转矩密度、高运行效率、 易于散热和冷却，适于高速运行等优点，同时具有良好的弱磁扩速能力。开关磁通永磁电机 (switching-flux permanent magnet，简称 SFPM)是一种新型结构的定子永磁型双凸极电机，克 服了传统转子型永磁电机的诸多缺点，其定子和转子都采用双凸极结构，定子上采用集中绕 组，永磁体切向镶嵌于定子轭部，转子上既没有集中绕组也没有安装永磁体，这种结构拥有 双凸极电机结构简单特点，同时又继承了永磁电机的诸多优点，具有较好的应用前景[1-3]。 根据磁阻最小原理，当电机工作时，绕组产生的磁通沿着磁阻最小路径闭合，使磁场扭 曲产生磁拉力，实现转子转动，但是开关磁通电机具有非常明显的聚磁效应，电机的气隙磁 通密度可以高达 2.5T，在保证高转矩输出能力的同时，也必然导致了其齿槽转矩要远远高 于普通永磁电机，因此减小齿槽转矩成为迫切需要解决的问题。通过对永磁双凸极（doubly salient permanent magnet，简称 DSPM）电机等定子永磁型电机研究发现，通过转子斜级的 方式可以有效减小齿槽转矩，同时改善反电动势的波形[4]，SFPM 电机转子上既无永磁体也 无绕组，非常适合进行斜级处理，因此可通过转子斜级的方式可以减小齿槽转矩，同时获得 较好的反电动势波形[5]。据此本文设计了一台 5kW 三相 12/10 极转子斜级式开关磁通电机， 有限元法对该电机进行计算，分析了斜级对该电机感应电动势和电磁转矩等方面的影响。通 作者简介：杨俊友(1963-)，男，教授，博士生导师，主要研究方向：风力发电机系统及其控制，特种电机 及其控制等. junyouyang@sut.eud.cn -1-   过斜级处理，进而使 FSPM 在发电运行时整流输出电压更加平滑，电动运行时转矩脉动能 有效减小。但是另一方面，定子斜极或者转子斜级式电机会引起电机感应电动势的幅值有所 减小，进而造成电机在发电运行时整流输出