稀土永磁同步電機(jī)­­—永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)的解析計(jì)算

上節(jié)所述的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)分析計(jì)算都是基于理想氣隙磁場(chǎng)波形進(jìn)行的。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和充磁方式不同，其氣隙磁場(chǎng)分布與理想波形的差別也各不相同。以圖7一5 ( g）的結(jié)構(gòu)為例，不同充磁方式、不同永磁體厚度時(shí)的氣隙磁密分布曲線如圖7一14所示，氣隙磁場(chǎng)分布的差異將導(dǎo)致電機(jī)特性計(jì)算值與實(shí)際值的偏差各不相同，影響分析計(jì)算的準(zhǔn)確性。因此要準(zhǔn)確計(jì)算永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作特性，應(yīng)從提高氣隙磁場(chǎng)計(jì)算的準(zhǔn)確性入手。

眾所周知，有限元法是準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)分布的有效工具，但有限元法前處理復(fù)雜、計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，在工程實(shí)際中的應(yīng)用受到限制；而解析法具有簡(jiǎn)潔、快速的特點(diǎn)，其關(guān)鍵在于建立正確的數(shù)學(xué)模型，以便于氣隙磁場(chǎng)分布的求解。在圖7一5所示的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，表面式永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（g）的工藝簡(jiǎn)單，氣隙磁密分布波形易于控制，適于大批量生產(chǎn)，在計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，下面以其為例介紹表面式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)的解析計(jì)算方法。

一、表面式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)的解析計(jì)算模型

對(duì)于表面式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，有效氣隙長(zhǎng)度為。

二、永磁磁場(chǎng)解析計(jì)算算例

對(duì)一臺(tái)4極永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，忽略齒槽和鐵心飽和的影響，取其氣隙為有效氣隙長(zhǎng)度，分別對(duì)徑向充磁和平行充磁兩種方式下的氣隙磁場(chǎng)分布進(jìn)行解析計(jì)算，同時(shí)利用二維有限元法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，結(jié)果如圖7一20所示，解析計(jì)算與有限元計(jì)算的結(jié)果吻合較好。

三、空載電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，永磁磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的，而定子繞組是靜止不動(dòng)的，因此定子繞組和氣隙磁場(chǎng)所交鏈的磁鏈隨時(shí)間變化，在相繞組中感應(yīng)出旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。

• 電樞反應(yīng)磁場(chǎng)及相繞組電感參數(shù)的計(jì)算

負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)為跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于電樞相繞組有一定的電感，當(dāng)電樞反應(yīng)磁場(chǎng)跳躍，即相繞組電流換向時(shí)，變化的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)會(huì)在相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而影響電樞繞組的電流波和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。準(zhǔn)確計(jì)算電樞反應(yīng)磁場(chǎng)和相繞組電感參數(shù)，對(duì)于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的特性計(jì)算非常重要。

一、電樞反應(yīng)磁場(chǎng)的解析計(jì)算

在表面式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)中，由于永磁體的磁導(dǎo)率與空氣的磁導(dǎo)率相當(dāng)，故電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心之間的等效氣隙很大，忽略飽和的影響對(duì)計(jì)算精度影響不大。

下面以內(nèi)轉(zhuǎn)子式電機(jī)為例，分析圖7一22 ( a）所示位于光滑電樞表面上的通以電流藝的單根導(dǎo)體在氣隙內(nèi)產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)。

二、繞組電感參數(shù)的計(jì)算

在表面式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)中，假設(shè)永磁體的磁導(dǎo)率近似為巧，鐵心的磁導(dǎo)率氣。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)并不變化，所以相繞組的自感及互感為常數(shù)，即。