定子铁心焊槽对永磁电动机齿槽转矩的影响
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0 引 言
永磁 伺服 电动 机具 有能量 密度 大 、 动态性 能好 、
已经 比 较 小 了。 不 开 。 ∞
较大 的 附加齿 槽 转矩 。因此 , 以通 过加 厚定 子轭 , 可
来 降低饱 和程 度 , 而减 小 这 种 影 响 。本 文 分 析 了 从
。 。 。
定子 轭 部 加 厚 1Im l T
焊槽 时 , 电机 旋 转 一 周 图 4 磁极偏移时开焊槽 的齿槽 转 矩 有 3 6个 周 与不开焊槽情况下的齿槽转矩 期 的脉 动 , 幅值 较 小 , 0 0 1N ・ 而 开 了焊 槽 为 .2 m, 后, 电机 旋转 一 周 的齿 槽转 矩则 有 6个 周期 的脉 动 , 幅值 是 0 10N ・ 约 为原 来 的 7倍 。 .5 m, 通 过对 齿槽 转矩 产生 原理 的分 析我 们不 难 理解
一
2焊槽对 齿槽转矩的影响
一 移3 电机一 文在 磁极 均 布与磁 极偏 移 … 对 6极… 6槽 , 本
两 种情 况下 , 过有 限元 分析 , 通 研究 了焊槽 对齿 槽转
矩 的影 响 。开焊 槽 时采用 了如 图 1 所示 的 6个 均匀
分 布 的焊槽 。 图 3给 出 了磁 极 均 布 时 , 机 开 了 焊 槽 的 电 齿槽 转 矩 波形 , 图 2 与
永磁体厚度/ mm 永磁体外径/ m a r 永磁体内径/ m a r 极 弧 系数
永磁 材 料
控 制精 度高 的特 点 。为了有 效地 减小齿 槽转 矩对 电 机 性能 的影 响 , 计 时 常常 采 用 磁 极偏 移 的方 法 削 设
弱 。
现 代 电机 定 子 大 多是 由硅 钢片 叠压 而成 , 组 为 装 和 固定硅 钢片 , 子 外 圆 上一 般 都 开 有焊 槽 如 图 定 1所 示 , 这 些 焊 槽 的 而 存 在对 电机 的磁 路 又 产 生 了 影 响 , 其 是 在 定 尤 子磁路 饱 和程 度 比较 高
…
蔓壁 _…2 皇 棚 … 芝 0 1 2
塑 … …… … …… … …… … …. …
…
取 得 同样 好 的效 果 。
密 比较 高 , 因而饱 和 度也 很 高 , 以开 焊 槽 后 , 个 所 这 额外 的周期 性 的磁 阻 变 化也 比较 明显 , 变 成 了较 转 大 的 齿 槽 转 矩 。 参 照 齿 槽 转 矩 可 以 叠 加 的 机
定 子 铁 心
1不开焊槽时的磁极偏移
磁 极偏 移 是 一种 常 用 的 削弱 齿槽 转 矩 的方法 。
文 献 [ ] 出了一 种 偏 移 角 的计 算 方 法 , 种 方 法 1给 这
每个磁 极偏移 的机 械角 :
一
的情 况 下 , 槽 使 不 同 焊
的转 子 位置 的气 隙 磁能 分 布 更 加 不 均 匀 , 而 从
变化 而 引起 的 , 它可 以 由下面 的表 达式 给 出 J :
= 一
3 2焊槽 数与 电机 极数 不 等 .
采 用 均 匀 的六 个焊 槽 , 在 改 用其 他 的开 焊槽 现
中图 分 类 号 : M3 1 T 5 文 献标 识码 : A 文 章编 号 :0 4 7 1 (0 2 1 — 0 6 0 10 - 0 8 2 1 )0 0 2 — 2
S a o r ed n l t I f e c n P o o ' Co g n r u t t r Co e W l i g S o s n u n e o M M t r s l g i g To q e
这个 现 象 。
m 时齿 槽 转 矩 的变 m 情况 , 图 5所 示 。 如
可 以看 出 , 厚 加 部 的方 法 是 有 效 的 , 是 , 要 注 意 , 厚 需 加
部会 降 低 电机 的 功 率 的齿槽转矩( 转子转过 16 / 周)
密度 。
定子铁心焊
齿槽 转矩 是 气 隙磁场 内的磁能 随转 子位 置 角 的
理 j这里认为每个焊槽 引起 的附加 齿槽转矩都 ,
r_ H = n Ⅱ UII L
是 可 以叠加 的 。所有 焊槽 产 生 的附加 的齿槽 转矩 叠
别 ㈣_ 藿
图2
… ………
雠…均 布㈣ 极偏 移 两 种 情 况 下 的齿 槽 转 矩 布 极 磁 与磁 一
洲¨ ¨ 一
叠加起来 , 达到较大的值 , 从而影响了磁极偏移的效 果 , 能把齿 槽转 矩 削弱 到很 小 。 不
3降低焊槽 影响的方法
在 磁极 偏移 的基 础上 , 齿槽 转矩 变 得 比较 小 了 ,
o )
对 比可 见 , 了焊槽 后 , 开
电机转 动 一周 的 齿槽 转
因此 , 槽 的影 响 就 体 现 出来 了 。为 了尽 可 能 地 进 焊
图 1 6极 3 6槽电机 及其焊槽 的示 意图
‘ 一2 L M 2z p C p)
! 2 二
,、 1
式 中 :. , ,p J =1 … 2 ,磁极 的序 号 ; 、分 别 为 电机 的 P
极对 数和槽 数 ; C (p )为极 数 2 L M 2z p和槽 数 。的最 小公 倍数 , 电机转 动一周 的齿 槽转 矩 的总周 期数 。 即 所 以 , 于 6极 3 对 6槽 电机 , 据式 ( ) 根 1 可得 , 磁 极偏 移 的 机 械 角 度 依 次 是 0 、 . 7 、 . 3 、 。 。 1 6 。 3 3。 5 、
表 1 电机 的基本设计参数
参 数 值 16 7 lO l 17 4 0 . 3 6
10 4
参
数
值 52 . 4 . 85 4 . 85
0 85 . l N5 H 3S
定子外径/ mm 定子内径/ mm 转子外径/ m m 转 子 内 径/n rm
轴 向 长 度/ m m
定 子铁 心 焊槽 对 永磁 电 动机 齿 槽 转 矩 的影 响
张 华, 张 猛, 李光友 , 汪其锐
( 山东大学 ,山东济南 2 0 6 ) 50 1
摘
要: 在永磁 电动机 中经常采用磁极偏移的方式来 削弱齿槽 转矩 , 而焊槽 的存在 却影 响了方法 的效果 。针
对一 台 6极 3 电机 , 6槽 利用有限元方法 , 分析 了焊槽对齿槽转矩 的影 响, 并提 出了减 小这种影 响的方法 , 有待在实 际应 用中进一步验证。 关键词 : 焊槽 ; 永磁电动机 ; 齿槽转矩 ; 磁极偏移
m i ‘ i at , ‘ m ‘ i ni z on
h w v r t efc s i f e c d b h l i g s t. B sn n a 6 u e 3 so M t r t e wed n o e e ,i fe ti n u n e y t e wed n l s a ig o 一p l/ 6- l tP mo o ,h l i g s l o
一
图 3 磁 极 均 布 并 且 开 焊 槽 时 的 齿 槽 转 矩
步减 小齿槽 转 矩 , 们需 要 减 少 焊 槽 的影 响 。通 我
矩 波 形 和 原 来 相 比, 波
形 发生 了一 定 的变化 。
过理论分析和有限元方法验证 , 可采用以下几种方法 。
3 1加厚 定 子轭 部来 降低 轭部 饱 和程度 .
s t n le c n c g i gtr u a n lz d b n t e e n to a d te o a u e n mie ti i f e c l s f n e o o gn q e w sa a y e y f i l me t u i u o i e meh d, n h n s meme s r st mii z h s n l n e u u
一
1 O 8
27 0
3 60
8 )
加起 来 , 会产 生不 确定 的影 响 , 么彼 此 抵 消 , 生 要 产 较小 的附加 齿槽 转矩 , 么会 彼此增 强 , 要 产生 较 大 的 附加 齿 槽转 矩 。对 于 6极 3 的 电机 , 6槽 在实 际制 造 中为 了结构 上 的对 称 , 往 使 焊 槽 在定 子上 均 匀 分 往 布, 焊槽 与焊 槽 之 间的距离 等 于极距 , 计磁 极偏 移 不 的微 小 影 响时 , 个 焊 槽 产 生 的 附加 齿 槽 转 矩 就 会 各
: 使 本来 已经减 小 的齿槽 转矩 又增 大 了。在 电机设计 过程中, 这个 问题 常被 忽略 , 采用磁 极偏 移等 削弱齿 磁 : 槽 转矩 的 常规方 法不 能达 到令人 满意 的效果 。 本 文 以一 台 6极 3 6槽 电机 为例 ( 电机 的基本 设
66 。83 。 .7 、.3 。之 后 的 分 析 中的磁 极 偏 移都 是 按 照 这 组角 度进行 的 。 在 不 开焊 槽 的情 况 下 , 极 均匀 分 布 与磁 极 偏 磁 移 两种 情况 在有 限元分 析 中得到 的齿槽 转 矩波形 如 图 2所 示 。齿 槽转 矩 幅值在 磁极 均布 时是 2N ・ m, 而 在磁 极偏 移 时是 0 0 1N ・n 可 见 , 开 焊 槽 的 .2 i, 不 情 况下 , 磁极偏 移 已经 达 到 了较 好 的削 弱 齿 槽 转矩 的效果 。但是 , 极偏移 在 开焊槽 的情 况下 , 磁 并没 有
如 前面所 述 , 焊槽 会周 期性 地影 响磁 路 的磁 阻 , 这种 影 响在 轭部 饱 和 度 比较 高 的时 候 更 大 , 造 成 会
而 在磁 极偏 移 的情 况 下 , 电机 开 焊槽 与不 开 焊
移 下转: 所 见极 示 ,偏l 的 在矩i 情齿 。 磁磺 况 8 可槽善 。 !