基于有限元方法的磁通反向电机定位转矩研究

《基于有限元方法的磁通反向电机定位转矩研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第25卷第2期电工电能新技术Vo1．25，No．22006年4月AdvancedTechnolOWeofElectricalEngineeringandEApr．2006基于有限元方法的磁通反向电机定位转矩研究郭亮，卢琴芬，叶云岳，李光友(1．浙江大学，浙江杭州310027；2．山东大学，山东济南250061)摘要：本文介绍了一种新型双凸极永磁电机——磁通反向电机。该电机将永磁体和绕组均放置在定子上，具有转子结构简单、高功率密度、小电感、低惯性等优点，适于高速旋转的场合。但该电机的自身双凸极结构决定了其定位转矩较大，对转动平稳性和噪音控制等都有很大影响，因此文中通过有限元方法详细

2、地分析了电机定转子齿宽、永磁体高度和斜槽角度这些参数的变化对定位转矩的影响，并在此基础上设计得到了一款样机。实验和仿真的比较结果相差约为8％，表明了有限元分析的准确性。关键词：磁通反向电机；有限元；定位转矩中图分类号：TM301．4；TM351文献标识码：A文章编号：1003—3076(2006)02-0042—05响，并根据分析结果设计得到样机。样机实验结果1引言和有限元仿真结果均验证了有限元分析的准确性。磁通反向电机(FluxReversalMachine，简称本文的分析结果为FRM的进一步发展和应用提供FRM)是一种集永磁电机和开关磁阻电机优点于一了借鉴，具有重要的工程意义

3、。体的新型电机。与普通永磁电机不同，FRM将永磁2FI工作原理体和绕组均放置在定子上，转子完全由硅钢片叠压而成，结构简单，与开关磁阻电机类似，适于高速旋FRM电机可以是单相的，也可是多相的。若设转的场合。FRM电机中随着转子运动，定子绕组磁相数为In，则定转子极数之比N／N=km／k(m+链将产生极性变化，与双凸极电机DSPM“’的磁链1)，其中Ⅳ为定子极数，』j、r为转子极数，k=1，2，4脉动变化相比，磁链变化幅值更大，功率密度更高。等。本文以当前较为常用的6／8型三相FRM电机正由于FRM电机拥有高功率密度，小电感，低惯性作为分析对象，其横截面如图1所示。FRM电机中等优点

4、，现已成为国内外研究的热点之一。定转子齿沿圆周均匀分布，在6／8型FRM电机中定目前国内关于FRM的文献报道还较少，研究尚子极距为6，齿宽通常在45。左右，转子极距为45o，处初步阶段。国外关于FRM的研究主要集中在转子齿宽通常约为22．5。。以下几个方面：FRM原理分析¨“和初步设计，用FRM的运行原理与无刷直流永磁电机类似，随做汽车发电机时的铁耗分析，以及用于低速电动着转子的旋转，转子和定子齿(永磁体)之间位置变机时的控制和特性分析等。其中大部分是根据化将引起磁阻和磁力线走向的一系列变化，从而在运行原理，结构形式和控制策略展开的，关于电机本定子绕组中产生交变的感应电动势。由于

5、每个定子体尺寸改进的还比较鲜见。其实不论FRM用作发齿表面贴有两块极性相反的永磁体，每当定子齿下电机还是电动机，其自身的双凸极结构决定其定位转过一个转子极，即转子转过一个转子极距的角度转矩较高，这对于转动的平稳性和噪音控制等方面时，定子绕组磁链将发生一个周期的变化。故FRM都产生很大影响，因此本文针对FRM定位转矩进行电机的极对数P=N，6／8型FRM的极对数为8，每了详细的分析，通过分别改变定转子齿宽、永磁体高45。为一个电周期。若定转子位置如图1所示，当转度和斜槽角度这些参数研究它们对定位转矩的影子逆时针方向旋转时，在定子绕组A中产生的磁链收稿日期：2005—09．2O作者简

6、介：郭亮(1979．)，女，山东籍，博士研究生，现从事直线电机分析与控制的研究；叶云岳(1951一)，男，浙江籍，教授，博导，主攻直线电机及其控制，电机优化设计，现代驱动与控制等。第2期郭亮，等：基于有限元方法的磁通反向电机定位转矩研究43远大于气隙高度；定子是集中绕组，端部较短；定转子铁心都是叠片结构；端部效应小，故在有限元分析时做了如下假设：(1)忽略边端效应，电流密度矢量'，和矢量磁位A只有轴向分量，'，='，，A=A。(2)定子外表面和转子内表面为零矢量的磁位面。(3)铁芯磁导率各向同性，忽略磁滞、涡流效应。图1FRM横截面图FRM结构和性能具有对称性，定转子极距相差Fi

7、g．1RadialcrosssectionofprototypeFRM15。，可推知定位转矩的周期为15。，又因定位转矩曲线关于中点对称_9，因此仅需根据空间离散法原则：阳感应电势如图2所示。使用虚位移法¨”分析转子运行7．5。机械角度内定位转矩的变化情况。所谓空间离散法即是用很多离碰-厂散的状态去模拟电机稳态运行时的情况，只要两个。4＼相邻的离散状态间转子位置差距足够小，得到的结果就足够精确。定位转矩的周期也可由公式算出，即为360。／S(S为转子和定子极数的最小公倍数)。图2