内置式永磁同步电动机转子结构的优化设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｃ ｇ ｉ ｇ ｔｒ ｕ ｎ ｅｍｏ ｎ ｆｉｅ ｔ ｆ ＭＳ ， ｔ ｏ ｓｎ ｈ ｕ ｉ ａｙ ｎ ｔｈ ｓｗ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ｏ ｇ ｎ ｏ ｑ ｅ ａ ｄ ｔ ｍｅ ｔ ｒｉ ｏ ｈ ｏ ｎ ａ Ｐ Ｍｓ ａ ｍｅｈ ｄ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ａ ｘｌ ｒ ｏｃ ｅ ａ ｉ
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ： ｒ ａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｓ ｎ ｈｒｎｏ ｓ ｍｏｏ ａ ｘｌａ ｙ ｎ ｔｈｅ ； ｏｅ ｏｏ ｏ ｅ； ｏ ｇｎｇ ｔｒ ｕｅｖ ｒｆｅ ｔ ｅ ｓ— ｐｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｏ ｕ ｔｒ； ｕ ｉｉｒ ｏ ｃ ｓ ｈ ｌｄ ｒ ｔｒｃ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｑ ｅ ｉ ｓ ｉｓｆａ ｉ ｉ ｂｌｙ ｉｉ ｔ
ａ ｅ Ｆｉａｌ ｗｉｈ ａ７． ｎ ｅｉ ｒｐｅｍ ａ ｅ ｔｍａ ｎｅ ｙ ｈｒ ｎ ｕ ｏｏ ， ｐｔ ｉａｉｎ ｗａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｏｏ ｔｕ ｔ ｒ ｙ ｕ ｉ ｇ ｎ ｅ． ｎ ｌｙ， ｔ ５ ｉ ｔ ｒｏ ｒ ｎ ｎ ｇ ｔｓ ｎｃ ｏ ｏ ｓｍ ｔｒ ｏ ｉ ｚ ｔ ｓｄ ｎ ｎ ｔ ｅ ｒｔ ｒｓｒ ｃ ｕ ｅ ｂ ｓｎ ｍ ｏ
ｎ ｔ ｅｄ ｏ ｏ ｅ Ａ ｅ ｈ ｔ ｈ ｏｏ ｏ ｏ ｅ ｗ ｓ ｈ ｌｄ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｍｏ ｎ ｆｉ ｅ ｉ ｗ ｔ ｏ ｔ ａ ｒ ｌ ｇ ｔ ｅｐ ｒ ｒ ｅｉ ｆ ｌ ｆ ｋ ． ｆ ｒ ｔａ ，ｔ ｅ ｒ ｔｒｉ ｎ ｃ ｒ ａ ｏｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ｍｅ ｔ ｒ ａ， ｉ ｕ ｃｉ ｉ ｈ ｅｆ ｍ— ｃｉ ｙ ｔ ｒ ｏ ｎｔ ｈ ｓ ｆ ｎ ｉ ｏ
Ｏｐｔｍ ａ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ Ｓｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｎ ｅ ｉ ｒ Ｐｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｎｅ ｎｃ ｏ ｏ ｏ ｏ ｉ ｌＤ ｓｇ ｆＲｏ ｏ ｒ ｃ ｕｒ ｏｒ Ｉ ｔ ｒ ｏ ｒ ｎｅ ｇ ｔＳｙ ｈｒ ｎ ｕｓ Ｍ ｔ ｒ
Ｌ Ｕ Ｊ ｎ Ｈ Ａ Ｇ Ｓ ｏ － ａ ， Ｕ Ｑｎ － ｕ ，Ｈ ＮＧＺ － ａ Ｉ ｉ ， Ｕ Ｎ ｈ ｕ ｄ ｏ Ｐ ｉ ｙ ｎ Ｃ Ｅ ｅ ｇ ｏ ａ ｇ （ ｕ ａ ｎｖｒｉ ， ｈｎ ｓａ４ ０ ８ Ｃ ｉａ Ｈ ｎ ｎＵ ｉ ｓｙ Ｃ ａ ｇｈ １０ ２， ｈｎ ） ｅ ｔ
出发 ， 首先 根据 所 推导 出 的削 弱 齿 槽转 矩 解 析 表 达
１ １ １齿槽 转矩 分析 ．． 齿 槽转 矩是 永磁 电机 绕组 不通 电时永 磁体 与铁 心 之 间相互 作用 产生 的转矩 。当定转 子 问存 在 相对
！
密度 高 、 效率 和 功率 因数 高 等 优 点 。然 而 永磁 电机
中， 齿槽 转矩 产生 的振 动 和 噪声 及 转 动 惯量 过 大 是 影 响其 控制 精度 的 主要 原 因 ， 因此 如 何 减小 永 磁 电 机 齿槽转 矩 和转动 惯量 是高性 能 永磁 电机设 计 和制 造 中必 须考 虑和解 决 的关键 问题 。 本 文 以一 台额 定功 率 为 ７ ５ｋ ８极 、０槽 ） ． Ｗ（ ３ 的 内置式永 磁 同步 电动 机 为 例 ， 电机 转 子结 构 设 计 从
行分析 ， 出了通过采取辅助槽有效 降低齿槽 转矩 ， 得 并在 不影响其 性能 的前 提下凿 空转子 铁心 以减 小转 动惯 量 ， 然 后以一台 ７ ５ｋ 的内置式永磁 同步电动机 为例 ， ． Ｗ 采用上述 方法对其转 子结构 进行 了优化设计 ， 后通过 Ａ ｓｆ软 最 ｎｏ ｌ
件 有 限 元 分 析 验 证 了该 方 法 是 有 效 的 。 关 键 词 ： 磁 同步 电动 机 ； 助 槽 ； 子 铁 心 凿 空 ； 永 辅 转 齿槽 转矩 中 图 分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０４ ７ １ （ ００ ０ － ０ １ ０ １０ － ０８ ２ １ ）３ ０ ２ － ３
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｏ 引 言
随着 永 磁 材料 性 能 的 不断 提 高 ， 磁 电机越 来 永
性。
１转 子 结 构 优 化 设 计
１ １削弱 齿槽转 矩 ． ｊ
越广 泛地应 用 于高性 能 的控制 系统 中 。相对 于传统
的 电励磁 电机 ， 磁 电机 具 有 体 积小 、 永 重量 轻 、 量 能
…
壁 ＿ ｌ 蔓 … …… … …… … …… … …… … … 宴相… ０ ． 量
…
内置 式 永磁 同 步 电动机 转 子 结构 的优 化 设计
刘 坚， 守道 ， 黄 浦清云 ， 程泽 高
（ 南大学 ， 湖 湖南 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ２
摘
要： 为减小永磁 同步电动机齿槽 转矩 和转 动惯 量 ， 通过对永磁 电机 的齿槽转 矩数学模 型和空载轭部磁 场进
ｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｍｅｈ ｄ ｍｅ ｔｏ ｅ ． ｈ ｎ ｌｓｓ ｏ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｕ ｉｇ Ａｎ ｏ ｅｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｉ ｔ ． ｈ ｂ ｖ ｔ ｏ ｎ ｉｎ ｄ Ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｓｎ ｓｆ ｖ ｒ ｓｉ ｆ ａ ｉ ｌ ｙ ｆ ｅ ｉ ｌ ｉ ｆ ｓ ｂ ｉ
ｉ ｓｌ ｎｒ ｄ ｅ ｎ ｔ ａ ｒｂａ ｅ ｎ ｔ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈｅ ｍａｈｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ｆｔ ｏ ｇｎｇ ｔｒ ｕｅａ ｈｅ ｎ —ｌ ａ ｇ－ ｆｒｔｙ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ｉ ｈｅ ｐ ｐｅ ｓ ｄ ０ ｈｅ ａ ａｙ ｉ ｆｔ ｔ ｍ ａｉａ ｄ ｌｏ ｈｅｃ ｇ ｉ ｏ ｑ ｎｄ ｔ ｏ —ｏ ｄ ｍａ ・ ｃ
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ： ｒ ａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔｓ ｎ ｈｒｎｏ ｓ ｍｏｏ ａ ｘｌａ ｙ ｎ ｔｈｅ ； ｏｅ ｏｏ ｏ ｅ； ｏ ｇｎｇ ｔｒ ｕｅｖ ｒｆｅ ｔ ｅ ｓ— ｐｅ ｍ ｎ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｏ ｕ ｔｒ； ｕ ｉｉｒ ｏ ｃ ｓ ｈ ｌｄ ｒ ｔｒｃ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｑ ｅ ｉ ｓ ｉｓｆａ ｉ ｉ ｂｌｙ ｉｉ ｔ
ａ ｅ Ｆｉａｌ ｗｉｈ ａ７． ｎ ｅｉ ｒｐｅｍ ａ ｅ ｔｍａ ｎｅ ｙ ｈｒ ｎ ｕ ｏｏ ， ｐｔ ｉａｉｎ ｗａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｏｏ ｔｕ ｔ ｒ ｙ ｕ ｉ ｇ ｎ ｅ． ｎ ｌｙ， ｔ ５ ｉ ｔ ｒｏ ｒ ｎ ｎ ｇ ｔｓ ｎｃ ｏ ｏ ｓｍ ｔｒ ｏ ｉ ｚ ｔ ｓｄ ｎ ｎ ｔ ｅ ｒｔ ｒｓｒ ｃ ｕ ｅ ｂ ｓｎ ｍ ｏ
ｎ ｔ ｅｄ ｏ ｏ ｅ Ａ ｅ ｈ ｔ ｈ ｏｏ ｏ ｏ ｅ ｗ ｓ ｈ ｌｄ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｍｏ ｎ ｆｉ ｅ ｉ ｗ ｔ ｏ ｔ ａ ｒ ｌ ｇ ｔ ｅｐ ｒ ｒ ｅｉ ｆ ｌ ｆ ｋ ． ｆ ｒ ｔａ ，ｔ ｅ ｒ ｔｒｉ ｎ ｃ ｒ ａ ｏｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ｍｅ ｔ ｒ ａ， ｉ ｕ ｃｉ ｉ ｈ ｅｆ ｍ— ｃｉ ｙ ｔ ｒ ｏ ｎｔ ｈ ｓ ｆ ｎ ｉ ｏ
Ｏｐｔｍ ａ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ Ｓｔ ｕ ｔ ｅ ｆ ｎ ｅ ｉ ｒ Ｐｅ ｍ ａ ｎｔＭ ａ ｎｅ ｎｃ ｏ ｏ ｏ ｏ ｉ ｌＤ ｓｇ ｆＲｏ ｏ ｒ ｃ ｕｒ ｏｒ Ｉ ｔ ｒ ｏ ｒ ｎｅ ｇ ｔＳｙ ｈｒ ｎ ｕｓ Ｍ ｔ ｒ
Ｌ Ｕ Ｊ ｎ Ｈ Ａ Ｇ Ｓ ｏ － ａ ， Ｕ Ｑｎ － ｕ ，Ｈ ＮＧＺ － ａ Ｉ ｉ ， Ｕ Ｎ ｈ ｕ ｄ ｏ Ｐ ｉ ｙ ｎ Ｃ Ｅ ｅ ｇ ｏ ａ ｇ （ ｕ ａ ｎｖｒｉ ， ｈｎ ｓａ４ ０ ８ Ｃ ｉａ Ｈ ｎ ｎＵ ｉ ｓｙ Ｃ ａ ｇｈ １０ ２， ｈｎ ） ｅ ｔ
出发 ， 首先 根据 所 推导 出 的削 弱 齿 槽转 矩 解 析 表 达
１ １ １齿槽 转矩 分析 ．． 齿 槽转 矩是 永磁 电机 绕组 不通 电时永 磁体 与铁 心 之 间相互 作用 产生 的转矩 。当定转 子 问存 在 相对
！
密度 高 、 效率 和 功率 因数 高 等 优 点 。然 而 永磁 电机
中， 齿槽 转矩 产生 的振 动 和 噪声 及 转 动 惯量 过 大 是 影 响其 控制 精度 的 主要 原 因 ， 因此 如 何 减小 永 磁 电 机 齿槽转 矩 和转动 惯量 是高性 能 永磁 电机设 计 和制 造 中必 须考 虑和解 决 的关键 问题 。 本 文 以一 台额 定功 率 为 ７ ５ｋ ８极 、０槽 ） ． Ｗ（ ３ 的 内置式永 磁 同步 电动 机 为 例 ， 电机 转 子结 构 设 计 从
行分析 ， 出了通过采取辅助槽有效 降低齿槽 转矩 ， 得 并在 不影响其 性能 的前 提下凿 空转子 铁心 以减 小转 动惯 量 ， 然 后以一台 ７ ５ｋ 的内置式永磁 同步电动机 为例 ， ． Ｗ 采用上述 方法对其转 子结构 进行 了优化设计 ， 后通过 Ａ ｓｆ软 最 ｎｏ ｌ
件 有 限 元 分 析 验 证 了该 方 法 是 有 效 的 。 关 键 词 ： 磁 同步 电动 机 ； 助 槽 ； 子 铁 心 凿 空 ； 永 辅 转 齿槽 转矩 中 图 分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０４ ７ １ （ ００ ０ － ０ １ ０ １０ － ０８ ２ １ ）３ ０ ２ － ３
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｏ 引 言
随着 永 磁 材料 性 能 的 不断 提 高 ， 磁 电机越 来 永
性。
１转 子 结 构 优 化 设 计
１ １削弱 齿槽转 矩 ． ｊ
越广 泛地应 用 于高性 能 的控制 系统 中 。相对 于传统
的 电励磁 电机 ， 磁 电机 具 有 体 积小 、 永 重量 轻 、 量 能
…
壁 ＿ ｌ 蔓 … …… … …… … …… … …… … … 宴相… ０ ． 量
…
内置 式 永磁 同 步 电动机 转 子 结构 的优 化 设计
刘 坚， 守道 ， 黄 浦清云 ， 程泽 高
（ 南大学 ， 湖 湖南 长沙 ４ ０ ８ ） １０ ２
摘
要： 为减小永磁 同步电动机齿槽 转矩 和转 动惯 量 ， 通过对永磁 电机 的齿槽转 矩数学模 型和空载轭部磁 场进
ｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｍｅｈ ｄ ｍｅ ｔｏ ｅ ． ｈ ｎ ｌｓｓ ｏ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｕ ｉｇ Ａｎ ｏ ｅｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｉ ｔ ． ｈ ｂ ｖ ｔ ｏ ｎ ｉｎ ｄ Ｔ ｅ ａ ａｙ ｉ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｓｎ ｓｆ ｖ ｒ ｓｉ ｆ ａ ｉ ｌ ｙ ｆ ｅ ｉ ｌ ｉ ｆ ｓ ｂ ｉ
ｉ ｓｌ ｎｒ ｄ ｅ ｎ ｔ ａ ｒｂａ ｅ ｎ ｔ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈｅ ｍａｈｅ ｔ ｌｍｏ ｅ ｆｔ ｏ ｇｎｇ ｔｒ ｕｅａ ｈｅ ｎ —ｌ ａ ｇ－ ｆｒｔｙ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ｉ ｈｅ ｐ ｐｅ ｓ ｄ ０ ｈｅ ａ ａｙ ｉ ｆｔ ｔ ｍ ａｉａ ｄ ｌｏ ｈｅｃ ｇ ｉ ｏ ｑ ｎｄ ｔ ｏ —ｏ ｄ ｍａ ・ ｃ