永磁同步电机之基于极弧系数选择的齿槽转矩削弱方法

在永磁直流电机、表面式永磁同步电机和无刷直流电机中，平行充磁瓦片形磁极应用非常广泛。本节以永磁直流电机为例，讨论永磁磁极极弧系数对齿槽转矩的影响，以及最佳极弧系数的确定方法。

一、平行充磁瓦片形磁极永磁电机齿槽分析

图5一10为平行充磁瓦片形永磁体的结构示意图。在任意相对位置a，气隙磁密径向分量沿电枢表面的分布可表示为

二、基于极弧系数选择的永磁电机齿槽转矩削弱方法

1．齿槽转矩削弱方法

根据上面的分析可知，只有nz / 2p次傅里叶分解系数对齿槽转矩有影响。若电机极数和槽数确定，则对齿槽转矩有影响的B ’荟（0）的傅里叶分解系数的次数也是确定的。通过合理选取极弧系数，使值很小的Bm对齿槽转矩起作用，可以大幅度削弱齿槽转矩。对于6极27槽电机，齿槽转矩只与B ’爷（0）的9k ( k为整数）次傅里叶分解系数有关，图5一12为B ’圣（0）的9 、 18 、 27和36次傅里叶分解系数随极弧系数的变化曲线，随着极弧系数的变化，傅里叶分解系数变化较大，并且使得Brg较小的极弧系数也能够使Br18 、 BrZ：和Br36较小，因此只要选取使Brg较小的极弧系数就可以削弱齿槽转矩，取极弧系数为0 . 667和0 . 777时，Brg庵很小，齿槽转矩也应较小。图5一13为27槽时，极弧系数分别为0 . 777和0 . 7时的齿槽转矩对比。可以看出，极弧系数为0 . 777时的齿槽转矩较极弧系数为0 . 7时有了大幅度减小。

当槽数分别改为28和30时，起作用的Bm分别为Br14 。和B rs 。 。图5一14和图5一15分别为傅里叶分解系数Br14，和B rs＊随极弧系数变化的曲线。对于28槽电机，当极弧系数为0 . 785时，傅里叶分解系数Br14走较小；对于30槽电机，当极弧系数为0 . 6和0 . 8时，傅里叶分解系数Brs无较小。图5一16和图5一17分别为28槽和30槽时，不同极弧系数对应的齿槽转矩。可以看出，选择合适的极弧系数，可以大幅度削弱齿槽转矩。

通过上面的分析，可以得到以下结论：

( 1）齿槽转矩与B ’荟（0）的傅里叶分解系数有关，但并不是所有的傅里叶分解系数都会影响齿槽转矩，只有nz / Zp次傅里叶分解系数与齿槽转矩有关。对于不同的极数和槽数，与齿槽转矩有关的B ' ; ( 0）傅里叶分解系数的次数也不同。

( 2）极弧系数的选择对B ’荟（0）的傅里叶分解系数有较大影响，对应不同的极弧系数，傅里叶分解系数具有不同的规律。

( 3）通过合理选择极弧系数，齿槽转矩可以得到大幅度削弱。对于本节给出的方法，需作以下说明：

( 1）本节给出的极弧系数确定方法旨在削弱齿槽转矩。但实际应用中，极弧系数的选择受诸多因素的限制，应综合考虑永磁体的合理利用、齿槽转矩抑制以及电机性能等。

( 2）该方法不适于2极电机。计算表明，在2极平行充磁永磁电机中，难以找到使对齿槽转矩起作用的各次傅里叶系数都很小的极弧系数，极弧系数难以确定。需要指出的是，当所选择的极弧系数已使齿槽转矩很小时，若再进一步采取其他齿槽转矩削弱方法，削弱效果往往不再显著。