定子永磁型双凸极电机转子设计

４试验结果
为了对理论分析结果进行验证，加工了两台 样机，一台为直槽转子，一台为斜槽１５０转子，如 图８所示。两台样机的定子完全相同。图９为两台 样机空载反电动势实测波形。和图７的仿真波形相 比较，可知转子斜槽后反电势的有效值虽然略有 减小，但波形得到改善，从而可以减小转矩脉动 和齿槽转矩。
定子永磁型双凸极电机转子设计易龙芳，等
５，～犏
图５给出了转子极宽对电机电感的影响。当转子极 宽增加时，磁路磁导也随之增大，因此自感和互 感均有所增加。
转于位置角，ｏ （ａ）不同转子极宽相绕组自感
客［％。（ｐ一嘉ｕ＋‰。（ｐ＋篑ｕ】）（５）
式中，∥，。（ｐ，ｉ。）为斜槽占度时的磁链；哗。（ｐ， ｉ。）为非斜槽时的磁链；艿为转子斜槽角度。
转子斜槽后会使相邻定、转子极产生一定的 重叠，使得定、转子完全对齐位置的磁链减小， 非对齐位置的磁链增加，如图６所示。由于斜槽后 一个周期内磁链变化的减小使反电势下降，磁链 变化率的改变使反电势波形得以改善，如图７ 所示。
３转子斜槽角度
由于电机定、转子均呈双凸极结构，运行时 存在相对较大的转矩脉动。定子或转子斜槽可有 效减小转矩脉动。对定子永磁型电机，因转子无 绕组和永磁体，一般采用转子斜槽较方便。斜槽 后电机的磁链和反电势等特性均发生明显变化， 可有效改善感应电势的波形，甚至获得近似正弦 波反电势。
转子斜槽后，同一个定、转子齿下的重叠面 之和沿轴向将依次相差一定的角度，无法直接使 用２Ｄ有限元方法进行分析。但对于一个轴向长度 为Ｌ的电机，可考虑将非斜槽转子电机沿轴向２Ⅳ 等分薄片，当Ⅳ足够大时，每个薄片可近似认为 磁场沿轴向不变，因此每个薄片仍可按２Ｄ有限元 考虑¨Ｊ。根据２Ⅳ个２Ｄ有限元分析结果求取磁链 的平均值，计算斜槽转子电机的磁链方程：
［３］ 程晓玲，王晓远．气隙长度对双凸极永磁电机转矩的影响
研究［Ｊ］．微电机，２００８，４ｌ（儿）：１５－１８． ［４］ 林明耀，程明，周鹗．新型１２／８极双凸极变速永磁电机的
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（６）：９４５－９４８． ［５］ 程明，周鹗，黄秀留．双凸极变速永磁电机的变结构等效
文章编号：ｌ００１—６８４８《２００９）１０－００１２－０４
定子永磁型双凸极电机转子设计
易龙芳１，盛建明２，顾菊平１，吴晓新１
（１．南通大学电气工程学院，南通２２６０１９；２．宜兴市人口和计划生育局，宜兴２１４２００）
摘要：双凸极永磁电机转子结构简单，其参数变化对电机的运行性能影响很大。通过有限元 计算和仿真，分析了转子极弧宽度和斜槽角度对电机磁链、反电势及电感等静态特性的影响。 样机测试结果验证了理论分析的正确性。 关键词：双凸极；永磁电机；转子极弧；转子斜槽；磁链；反电势；电感；有限元分析；实验
收稿日期：２００９．０３．１６ 修回日期：２００９．０５．１４ 基金项目：南通市科技项目（ｋ２００８０ｌＯ） ·Ｊ２·
万方数据
响。本文以１２／８极ＤＳＰＭ电机为研究对象，讨论 转子相关参数对电机特性的影响。
１转子极数
根据电机的运行原理，电机的相数ｍ、定子极
数ｐ。和转子极数ｐ，之间应满足下列关系Ｈ１：
Ｃｈ卸．ｎｅ８ｉ伊ａｎｄ蛐Ｂｉ８ ｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃ砒ｉⅫ，１９９５，３ｌ（５）：１０６９－１０７８．
［２］
Ｍｉｎｇ ｃｈｅｌｌｇ，Ｋ Ｔ
０ｆ ａ Ｎ州Ｄ伽ｂｌｙ
ｓ毫ｄｉ衄ｔ Ｐ田ｍａｎｅｎｔ ＭａｇＩｌｅｔ Ｍｏｔｏｒ［Ｊ】．Ⅱ￡ＥＥ ＪＩＲＡＮｓＡ佃ＯＮｓ
ＯＮ ＭＡＧＮ肌ＣＳ，２００ｌ，３７（４）：３０１２．３０２０．
Ｒｏｔｏｒ Ｄ髑ｉｇｎ ｏｆ Ｄｏｕｂｌｙ ＳａＵｅｎｔ Ｍｏｔｏｒ啊ｔｈ ＰＭ ｉＩｌ Ｓｔａｔｏｒ ＹＩ Ｌｏｎｇ－ｆａｎ９１，ＳＨＥＮＧ ＪｉａＩｌ—ｍｉｎ９２，ＧＵ Ｊｕ—ｐｉｎ９１，ＷＵ Ｘｉ∞一】【ｉｎｌ
（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅ￡ｔｒｉｃａｌ Ｅ喀ｎｅ矗ｎｇ，Ｎａ芏ｌｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅ璐ｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ ２２６０１９，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆ锄ｉｌｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｙｉｘｉｎｇ ２１４２００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｏｆ ａ ｄｏｕｂｌｙ ｓａｌｉｅｎｔ ｐｅ瑚ａｎｅｎｔ ｍａ罢皿ｅｔ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｓｉⅡｌｐｌｅ， ｂｕｔ ｉｔ８ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ Ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｎａｎｔ ｔｏ出ｅ ｍｏｔｏｒ ｐｅ南珊ａｎｃｅ． ｎｅ ｉＩｌｆｌｕｅｎｃｅ ｃ肌ｓｅｄ ｂｙ ｒｏｔｏｒ ｐｏｌｅ ａｒｃ肌ｄ ｓｋｅｗｉｎｇ ａＩｌｄｅ ｏｎ ｎ１１）【，
５结论
定子永磁型双凸极电机转子上无绕组，无永 磁体，结构简单，但转子参数对电机的运行性能 有很大的影响。本文研究了定子永磁型双凸极电 机一些转子关键参数对电机静态特性的影响。通过
作者简介：易龙芳（１９７３一），讲师，硕士，研究方向为电机 与电器。
顾菊平（１９７１一），教授，研究方向为电气检测、微特电机控 制等。
磁路模型［Ｊ］．中国电机工程学报，２００１，２ｌ（５）：
２３－２８．
［６］ 孙亚萍，陈志辉，严仰光．转子极弧对永磁双凸极电机性 能的影响［Ｊ］．微特电机，２００６，（１）：ｌＯ－１２．
［７］ 江建中，傅为农．斜槽异步电动机的多截面有限元法分析 ［Ｊ］．电工技术学报，１９９７，１２（５）：１ｌ－１６．
（ｂ）极宽１８０
图２不同转子极宽的气隙磁密
图３不同转子极宽的相绕组磁链
图ｌ边缘效应引起的漏磁 ２．２转子极宽对感应电势的影响
由于气隙磁密随转子极弧的增加而减小，必将 导致定子绕组最大磁链减小。该位置出现在定、转 子极完全对齐处，即ｐ＝２２．５０附近，如图３所示。 而定、转子极非完全对齐位置附近的最小磁链变化 很小，因此在同一转速下，磁链的变化必将使相绕 组电势也发生变化。图４所示为三种不同极宽的转 子在１ ５００ ｒ／ｌＩｌｉｎ时的反电势仿真波形。可以看出电 机的反电势随着转子极宽的增大而减小。
子径向相对极上的绕组串接或并接形成一相，因
此电机的相数可表示为：
ｍ＝譬
（２）
在低速、高转矩时，可以采用重复形式，如 １２／８极、１６／１２极等ｂ］，此时，式（２）可表示为：
ｍ＝华
（３）
定子永磁型双凸极电机转子设计易龙芳，等
三相１２／８极电机与６／４极电机相比，在定子和
转子完全对齐位置，若气隙磁密不变，每极磁通将 随定子极宽的减半而减半；且定子轭部磁路变短， 轭部磁压降和定子铁耗将减少。因此１２／８极电机可 以获得更高的功率密度。极宽的减小也缩短了定子 绕组端部的长度，减少绕组的用铜量，降低定子铜 耗，故本文将以１２／８极ＤＳＰＭ为主进行分析讨论。
ｂａｃｋ ＥＭＦ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｗａｓ锄ａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ粕ｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ．Ｔｈｅ ｔＩｌｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙ· ｓｉｓ ｗ鹬Ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔ），ｐｅ ｍｏｔｏｒ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： Ｄｏｕｂｌｙ ｓａｌｉｅｎｔ； Ｐｅ珊舳ｅｎｔ ｍａｇＩｌｅｔ ｍｏｔｏｒ； Ｒｏｔｏｒ ｐｏｌｅ疵； Ｒｏｔ叫ｓｋｅｗｉｎｇ； ｎｕｘ； Ｂａｃｋ
由于电机结构对称，因而永磁磁链或电感等 参数都具有周期性，周期口。为：
”等
（４）
从式（４）可看出，当转子转过ｐ。机械角后， 即转过了３６０。电角度。从这个意义看，转子极数 相当于传统电机的极对数。
２转子极弧宽度
２．１转子极宽对气隙磁密的影响 为提高电机的功率密度，ＤｓＰＭ电机的定、转
子磁极磁路通常处于饱和状态。对定子极数多于 转子极数的电机，转子极宽一般不会小于定子极 宽；若转子极宽过小，虽可以获得较大的气隙磁 密，但反电势的持续时间变短，电机将不能获得 良好的性能；若转子极宽过大，由于边缘效应， 导致在定、转子极间漏磁增大，如图ｌ所示，不利 于电机的运行；假定定子不变，改变转子极宽， 气隙磁密将随之改变。图２给出了转子极宽分别为 １５０、１８。、２３０时的气隙磁密。可见随着转子极宽 的增大，气隙有效磁密相应减小。
ＥＭＦ； Ｉｎｄｕｃ切皿ｃｅ； Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ觚ａｌｙｓｉｓ； Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｏ引 言
双凸极永磁电机（简称ＤＳＰＭ电机）是结构 简单的开关磁阻电机和高性能的永磁电机有机结 合体，具有独特的结构和优良的电气性能。其主 要优点是结构简单、工作可靠、功率密度高、效 率高，具有广阔的应用前景¨引。ＤｓＰＭ电机定、 转子均为凸极结构。根据运行原理，永磁体可安 装于定子（称为定子永磁型）或转子（转子永磁 型），但永磁体置于转子时将使转子冲片被分割成 多部分，难以形成坚固的整体，使转子制造困难 且不适宜高速运行，故一般将永磁体置于定子上。 定子上装有集中绕组。一般定子极弧为定子极距 的一半，使得电机在任意位置时每相的定、转子 重叠角之和为常数，理论上可以使永磁体的工作 点恒定，减小永磁电机的定位力矩。相对于定子 参数，转子的参数较多，如转子的极数、极弧宽 度、斜槽角度等，这些参数对电机性能有显著影
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（ｂ）斜槽１５。转予反电势
图９不同斜槽角空载反电动势实测波形
参考文献
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