开关磁通永磁同步电机结构参数研究

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1、万方数据■臣量蛋囝E一，室壅蚕董；丑羞壁道丞壁回生鱼垫笪笪塑叁塑婴窒开关磁通永磁同步电机的结构参数研究索来春，燕申武，张星，张志强(哈尔滨工业大学现代生产技术中心，黑龙江哈尔滨150001)摘要：以一台三相12／10极样机为例，介绍了一种磁通切换型双凸极永磁同步电机的结构特点和运行原理，并基于有限元法，详细研究了其结构参数气隙和永磁体厚度对电机性能的影响，具体包括对电机高速运行时的弱磁控制和电机绕组的电感、平均电磁转矩和力矩波动、定位力矩电机系统的机械特性和输出功率等。通过分析得出了对磁通切换型永磁电机气隙及永磁体厚度的选择原则，所得结果为该种电机的设计、性能分析以及运行控制

2、等建立了基础。关键词：磁通切换；永磁电机；结构参数；气隙；永磁体中图分类号：TN710—34文献标识码：A文章编号：1004—373X(2010)21一0162—03StudyonStructureParametersofFlux—SwitchingPermanentMagnetSynchronousMotorSUOLai—chun，YANShen-wu，ZHANGXing，ZHANGZhi-qiang(AdvancedManufacturingTechnologyCenter，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Ab

3、stract：Aflux-switchingpermanentmagnet(FSPM)machinewithdouble-convexstructureisintroduced，andthespe—cialtopologyprincipleisanalyzedbytakinga3-phase12／10一poleFSPMmachineasanexample．Basedonthefiniteelementanalysis，theinfluenceofthestructureparameters(includingtheairgapandpermanentmagnetthickne

4、ss)onthemotorSpropertiesarestudied．Theselectionprincipleoftheairgapandpermanentmagnetthicknessoftheflux-switchingpermanentmagnetmotorisobtainedwiththestudy．Theresultssetupafoundationfordesigning，performanceanalysisandoperationalcontrolofthiskindofmotor．Keywords：flux-switching；permanentmagne

5、tmotorlstructuralparameter；airgap；permanentmagnet0引言1电机结构普通永磁电机的永磁体安装在转子，为了防止高速运行时磁钢受到离心力的影响而甩落，通常在转子上都装有不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置，但该装置会引起散热困难，而温升最终可能会导致永磁体发生不可逆退磁，限制电机出力，减小功率密度等[1]。为解决上述问题，1955年就有学者开始研究永磁体置于定子的新型永磁电机心]。1992年Lipo教授提出了一种新型双凸极永磁(DSPM)电机[3。41；1997年另一种新型磁通切换型永磁(FSPM)电机也被提出。国内外先后有许多高校对

6、这两种电机进行了研究，现有文献主要介绍了FSPM电机的基本结构特点、工作原理和静态电磁特性，但对FSPM的结构参数报道相对较少。本文的主要目的就是以一台12／10极FSPM电机为例，分析气隙及永磁体厚度等结构参数对电机性能的影响。收疆日期：2010—05—20基金项目：黑龙江省科技攻关计划项目(2006G0345—00)162图1是一台12／10极FSPM电机截面图，其结构与开关磁阻永磁同步电机类似[5．6]。定、转子均为凸极齿槽结构，转子既无线圈绕组，亦无永磁体；定子和转子铁心由硅钢片叠压而成，在电机定子相邻的两个U型叠片间镶有永磁体，组成一个定子齿，定子上采用集中绕组形式

7、，空间相对的四个定子齿上的绕组串联构成一相，形成三相绕组，采用星型连接。图112／10极FSPM结构模型2运行原理开关磁通永磁同步电机的工作原理与开关磁阻电万方数据机非常相似，转矩具有磁阻性质，电机运行原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因磁场的扭曲而产生切向磁拉力，形成电磁转矩。图2为截取的一个定转子齿单元，该图可以清晰地解释电机运行过程中定子电枢绕组的磁通切换过程。转子极中心线分别与同一定子极下左、右铁心中心线重合，当转子从一个位置移动到另一个位置时，电枢绕组里匝链的磁通在数量