新型永磁游标电机的设计与研究-绵羊汽车生活记录

本文提出一种双定子中心转子逛标电机，设置了其二维有限元模子，领会其职业道理，推敲收场构参数对电机功能的影响并举办了优化策画及电磁领会，验证了该电机的低

本文提出一种双定子中心转子逛标电机，设置了其二维有限元模子，领会其职业道理，推敲收场构参数对电机功能的影响并举办了优化策画及电磁领会，验证了该电机的低速大转矩性子。

图1为所提出电机的构造示希图，表1为其策画数据。图2为此逛标电机的装置示希图。绕有电枢绕组的内定子部署于端盖延长出的基座上，基座内侧空间安顿输出转轴，外定子置于机壳的内侧壁上。转子如图3所示，其为磁钢与笼条的复合构造。此中，笼条利用的是具有必定死板强度的非导磁原料，既担当固定磁钢构成传动构件又起到隔磁的效率。笼条的轴向长度善于磁钢，两头由端环固定，端环上开有螺孔，以便与转轴固定连结。图4为该电机拆分图，为便于清楚的表现电机构造，图中没有给出转轴及端环，笼条轴向尺寸也仅取与磁钢长度类似的个人。

逛标电机与永磁齿轮都是基于磁通调制道理而职业的，其策画规矩也宛如。永磁齿轮由高速内转子、调磁环、低速外转子构成，逛标电机用高速扭转的电枢磁场替代高速内转子，经定子齿的磁通调制效率，完毕低速大转矩输出。

此中：p是内定子电枢绕组发作的磁极对数，ns是逛标电机定子齿数。磁密空间谐波的扭转角速率为

当m=1，k=-1时经由定子齿调制后的气隙谐波磁场最强，电枢磁场与转子磁场具有类似的电角速率，二者转速遵照必定的比例运转。所以，可得转速比为

这里，拔取内定子极对数为2对极，定子齿数为24个，转子磁极为22对，调速比为-11/1，负号展现电机转向与定子磁场转向相反。

正在电机策画的生长历程中，磁道法连续受到策画者的青睐，但看待逛标电机来说，其构造相对杂乱，利用守旧的磁道领会特别贫乏，而采用有限元法举办领会与优化策画是处置这一题目很好的途径。因为定子齿是惹起定转子分别极的来因，其构造参数对电机功能影响较大，这里对定子齿举办优化。

逛标电机中，具有磁通调制效率的定子齿的周向宽度对电机的转矩等运转功能等有较大的影响。如图5所示，以内定子为例，界说一个齿槽为一个磁通调制单位，此中定子槽周向宽度对应的圆心角为θ1,定子齿对应的圆心角为θ2。所以，定子齿宽度正在周向所占比例可由下式准备

取表里定子齿宽度正在周向所占比例为独揽变量，保护其余构造参数褂讪举办优化领会，逛标电机的输出转矩随该比例变动合连如图6所示。从图中可能看出，正在内定子齿周向所占比例为45%、外定子齿周向所占比例为35%时，取得的稳态输出转矩最大。

确定定子齿宽度后，以表里定子齿径向高度为变量举办优化，所得输出转矩随该变量变动合连如图7所示。

图6 输出转矩随定子齿宽度变动弧线 Curve of output torque variety with the width of stator teeth

图7 输出转矩随定子齿高度变动弧线 Curve of output torque variety with the height of stator teeth

由图中可能看出，正在内定子齿高为11 mm，外定子齿高为6 mm时，电机转矩输出最大，其值为77 N·m。

对优化后的逛标电机的空载及负载工况举办了有限元领会，图8为其空载磁力线分散图。空载时，转子磁力线经由表里定子齿分辩进入到表里定子轭中。由于转子为22对极且定子齿为24个，依据磁通调制道理，表里定子处将发作4极扭转磁场。

图9为10 A负载时的磁力线分散图。负载时，电枢及外定子处均为4极磁场，磁通经由表里定子齿的调制效率，正在两侧气隙中发作与转子磁极对数相当的同向扭转磁场，拖拽转子磁极。比拟只可正在一侧与转子磁极彼此效率的单气隙电机，升高了磁钢诈欺率，加强了电机转矩输出才华。

图10为10 A负载时磁密云图。由图可知，电机饱和水平不高，可能恰当的增大电枢电流从而获取更大转矩输出。

图11(a)、图11(b)为空载时电机内侧径向气隙磁密及其谐波领会，图11(c)、图11(d)为电机外侧径向气隙磁密及其谐波领会。从领会的结果可能看出，因为转子磁极为22对，正在表里侧气隙中均为22对极磁场最强，其他次磁场相对较弱。

Fig.10 Magnetic filed distribution of on_load

取A相一个周期举办谐波领会，结果如图13所示。此中，逛标电机的基波幅值为230 V，3次谐波幅值为7.7 V，其他次谐波基础为0。由谐波畸变率准备公式(5)可得空载反电势谐波畸变率为3.316%，反电势波形正弦度高，有利于电机安定运转。

(5)式中：THD为谐波总畸变率；Unrms为谐波含量的方均根值；U1rms为基波的方均根值。

齿槽转矩是永磁电机绕组欠亨电时永磁体和死心之间彼此效率发作的转矩，是由永磁体与电枢齿间的彼此效率力的切向分量的摇动惹起[15]。齿槽转矩周期为

此中：Tcog为齿槽转矩周期，LCM(z,2p)展现永磁电机极数与槽数的最小公倍数，其数值越大，齿槽转矩的周期越小，转矩幅值越小。图14为电机转子转过12度的齿槽转矩弧线。逛标电机因为其特地的定子齿槽构造，与老例永磁电机比拟，定子槽数添加一倍，若拔取适宜的电机极数，将增大该电机极槽配合的最小公倍数，对齿槽转矩有必定水平的强迫效率。

图12 空载反电势弧线 Curve of no_load electromotive force

nic analysis of A phase no_load electromotive force

图15为该电机正在输入电流为2 A至12 A下所对应的的输出转矩及功率因数弧线。由图中可能看出，转矩随输入电流的增大而增大，功率因数则为低落趋向。

图16为电机正在输入电流为10 A时所对应的转矩弧线 N·m，转矩摇动小，实行了电机低速大转矩输出。

本文提出了一台新型永磁逛标电机，诈欺有限元软件设置了该电机二维模子，对影响电机功能较大的构造参数举办了优化策画，并对优化后的电机举办了电磁领会，取得以下结论：1)本文所提出电机转子为22对极，定子齿为24个，通过磁通调制效率，正在表里定子处均发作了4极磁场，声明了表面领会的精确性。2)对电机定子齿的宽度、高度及其配比举办优化策画，发掘正在内定子齿宽为45%、齿高为11 mm；外定子齿宽为35%、齿高为6 mm时电机输出转矩最大。